KR101115085B1 - Long-Life Method For Heterogeneously-Catalysed Gas Phase Partial Oxidation Of Propene Into Acrylic Acid - Google Patents
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Abstract
시간 경과에 따라 고정된 촉매 베드의 온도를 증가시키고 이따금씩 기체 상 부분 산화를 중지하고 산소-함유 기체 혼합물을 상기 고정된 촉매 베드의 상승된 온도에서 상기 고정된 촉매 베드로 통과시키는, 프로펜의 아크릴산으로의 2-단계 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화의 장기 수행 방법.Acrylic acid of propene, increasing the temperature of the fixed catalyst bed over time and occasionally stopping gas phase partial oxidation and passing an oxygen-containing gas mixture through the fixed catalyst bed at the elevated temperature of the fixed catalyst bed Long-term process for two-step heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation to a process.
프로펜, 아크릴산, 아크롤레인, 불균질 촉매, 부분 산화 Propene, acrylic acid, acrolein, heterogeneous catalyst, partial oxidation
Description
본 발명은, 먼저 첫 번째 반응 단계에서, 프로펜, 분자상 산소 및 적어도 1종의 비활성 기체를 포함하며 분자상 산소 및 프로펜을 1 이상의 O2:C3H6 몰비로 함유하는 출발 반응 기체 혼합물 (1)을, 촉매의 활성 조성물이 몰리브덴 및/또는 텅스텐 및 또한 비스무트, 텔루륨, 안티몬, 주석 및 구리 중 적어도 1종의 원소를 함유하는 적어도 1종의 다금속 산화물인 첫 번째 고정된 촉매 베드 (1)로 상승된 온도에서, 1회 통과시 프로펜 변환율이 93 몰% 이상이고 아크롤레인 형성 및 함께 수득되는 아크릴산 부-생성의 동반되는 선택성이 90 몰% 이상이 되도록 통과시키고, 선택적으로 상기 첫 번째 반응 단계에서 나온 생성물 기체 혼합물 (1)의 온도를 직접 및/또는 간접 냉각에 의해 감소시키고, 선택적으로 상기 생성물 기체 혼합물 (1)에 분자상 산소 및/또는 비활성 기체를 첨가한 다음, 두 번째 단계에서, 상기 생성물 기체 혼합물 (1)을, 아크롤레인, 분자상 산소 및 적어도 1종의 비활성 기체를 포함하며 분자상 산소 및 아크롤레인을 0.5 이상의 O2:C3H4O 몰비로 함유하는 출발 반응 기체 혼합물 (2)로서 촉매의 활성 조성물이 원소 몰리브덴 및 바나듐을 함유하는 적어도 1종의 다금속 산화물인 두 번째 고정된 촉매 베드 (2)로 상승된 온도에서, 1회 통과시 아크롤레인 변환율이 90 몰% 이상이고 두 반응 단계에 걸쳐 평가된 아크릴산 형성의 선택성이 변환된 프로펜을 기준으로 80 몰% 이상이 되도록 통과시킴으로써, 그리고 상기 고정된 촉매 베드 (1) 및 고정된 촉매 베드 (2) 양자의 비활성화를 저해하기 위해 시간 경과에 따라 특정 고정된 촉매 베드의 온도를 독립적으로 증가시킴으로써 프로펜을 아크릴산으로 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시키는 장기 수행 방법에 관한 것이다.The present invention firstly comprises, in the first reaction step, a starting reaction gas comprising propene, molecular oxygen and at least one inert gas and containing molecular oxygen and propene in a molar ratio of at least one O 2 : C 3 H 6 . Mixture (1) is the first fixed catalyst wherein the active composition of the catalyst is at least one polymetal oxide containing molybdenum and / or tungsten and also at least one element of bismuth, tellurium, antimony, tin and copper At an elevated temperature to bed (1), it is passed through a propene conversion of at least 93 mol% in one pass and at least 90 mol% of the accompanying selectivity of the formation of acrolein and the acrylic acid sub-products obtained together, optionally above The temperature of the product gas mixture (1) from the first reaction stage is reduced by direct and / or indirect cooling, optionally with molecular oxygen and / or inert to the product gas mixture (1) The addition of gas, and then, in the second step, the product gas mixture (1), acrolein, molecular oxygen and at least one contains an inert gas and at least 0.5 O the molecular oxygen and the acrolein 2: C 3 H 4 Once at a temperature elevated to the second fixed catalyst bed (2), the active composition of the catalyst as starting reaction gas mixture (2) containing O molar ratio, which is at least one multimetal oxide containing elemental molybdenum and vanadium By passing through an acrolein conversion of at least 90 mol% and an selectivity of acrylic acid formation evaluated over two reaction stages of at least 80 mol% based on the converted propene, and the fixed catalyst bed (1) and fixed Disproportionate propene to acrylic acid by independently increasing the temperature of certain fixed catalyst beds over time to inhibit deactivation of both catalyst beds (2) It relates to a method for performing long-term partial oxidation gas onto the catalyst.
아크릴산은 예를 들면 접착제로 적합한 중합체를 수득하기 위해 그 자체로서 또는 그 알킬 에스테르의 형태로 사용되는 중요한 단량체이다. Acrylic acid is an important monomer used by itself or in the form of its alkyl esters, for example, to obtain suitable polymers as adhesives.
아크릴산은 고정된 촉매 베드에서 프로펜을 아크릴산으로 2-단계 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시킴으로써 제조될 수 있는 것으로 알려져 있다 (예를 들면, EP-A 1159247, DE-A 10313208, DE-A 19948248, EP-A 990636, EP-A 1106598, DE-A 3002829 참고). 첫 번째 반응 단계에서, 프로펜은 실질적으로 아크롤레인으로 부분 산화되고, 두 번째 단계에서는, 상기 첫 번째 반응 단계에서 형성된 아크롤레인이 실질적으로 아크릴산으로 부분 산화된다. 산업적 구현예는 통상적으로, 상기 첫 번째 반응 단계에서 형성된 아크롤레인을 제거하지 않고, 오히려 선택적으로 분자상 산소 및 비활성 기체로 보충되고 선택적으로 직접 및/또는 간접 냉각에 의해 냉각된 첫 번째 반응 단계에서 나온 생성물 기체 혼합물의 성분으로서 두 번째 반응 단계 내로 통과시키는 방식으로 통상적으로 구성된다는 것이 중요하다. 특정반응 단계에 사용되는 고정된 촉매 베드는 특정 반응 단계에 맞추어지고 다른 반응 단계를 위해 사용되는 고정된 촉매 베드와는 상이하다. 뿐만 아니라, 상기 두 반응 단계는 특정의 고정된 촉매 베드가 그의 적정 작업 온도에 있도록 독립적으로 가열된다. It is known that acrylic acid can be prepared by two-step heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propene to a fixed catalyst bed (e.g. EP-A 1159247, DE-A 10313208, DE-A 19948248 , EP-A 990636, EP-A 1106598, DE-A 3002829). In the first reaction step, propene is substantially partially oxidized to acrolein, and in the second step, the acrolein formed in the first reaction step is substantially partially oxidized to acrylic acid. Industrial embodiments typically do not remove the acrolein formed in the first reaction step, but rather from the first reaction step, optionally supplemented with molecular oxygen and an inert gas and optionally cooled by direct and / or indirect cooling. It is important that the components of the product gas mixture are conventionally constructed in such a way as to pass into the second reaction stage. The fixed catalyst bed used in a particular reaction step is different from the fixed catalyst bed used for a particular reaction step and used for other reaction steps. In addition, the two reaction stages are independently heated such that a particular fixed catalyst bed is at its proper operating temperature.
두 반응 단계의 특별한 특징부는 그 자체로서 공지되어 있다 (예를 들면 EP-A 714 700, EP-A 700 893, EP-A 279 374, EP-A 575 897 등을 참고).Special features of both reaction stages are known per se (see eg EP-A 714 700, EP-A 700 893, EP-A 279 374, EP-A 575 897 and the like).
프로펜을 아크릴산으로 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시키기 위한 2-단계 공정은 지속된 기간에 걸쳐 하나이고 동일한 고정된 촉매 베드 상에서 실질적으로 연속적으로 수행될 수 있음이 또한 알려져 있다. 그러나, 상기 고정된 촉매 베드는 수행 시간의 과정에서 품질을 상실한다. 일반적으로, 그 활성 및 특정 목적 생성물 형성의 선택성의 양자가 두 단계 모두에서 저하된다. It is also known that a two-step process for partially oxidizing propene to heterogeneously catalyzed gas phase with acrylic acid can be performed substantially continuously over one and the same fixed catalyst bed over a sustained period of time. However, the fixed catalyst bed loses quality in the course of run time. In general, both the activity and the selectivity of the formation of the specific desired product are degraded in both steps.
그럼에도 불구하고, 그 제조 및 교환이 비교적 불편하고 고비용인 고정된 촉매 베드를 그것이 충진된 반응기 계에서 가능한 오랜 동안 작동시키기 위해서, 종래 기술은 그들의 노화 과정을 저해하기 위한 매우 다양한 시도를 한다. Nevertheless, in order to operate fixed catalyst beds, which are relatively inconvenient and expensive to manufacture, for as long as possible in the reactor system in which they are packed, the prior art makes a wide variety of attempts to hinder their aging process.
EP-A 990 636 (예를 들면, 제 8 면, 제 13-15 행), EP-A 1070700 (예를 들면, 제 4 면, 제 49, 50 행) 및 EP-A 1 106 598(예를 들면, 제 13 면, 제 43-45 행)은 반응 기체 혼합물의 고정된 촉매 베드를 통한 1회 통과 시 프로펜 또는 아크롤레인의 변환율을 실질적으로 유지하기 위해서, 다른 것은 실질적으로 일정한 작업 조건 하에, 작동 시간의 도중 특정의 고정된 촉매 베드 온도를 점차적으로 증가시킴으로써 상기 특정의 고정된 촉매 베드의 품질 저하를 실질적으로 보상하는 것을 제안한다. EP-A 990 636 (e.g.,
이러한 맥락에서, 상기 고정된 촉매 베드의 온도는, 화학적 반응이 이론적으로 존재하지 않는 것(즉, 반응열의 영향이 없는 것)을 제외하고는 부분 산화 공정이 수행될 때 고정된 촉매 베드의 온도를 의미한다. 이것이 본 문서에서도 적용된다. 반대로, 특정 고정된 촉매 베드의 효과적인 온도는 본 문서에서 부분 산화의 반응열을 고려한 고정된 촉매 베드의 실제 온도를 의미한다. 상기 고정된 촉매 베드의 온도가 고정된 촉매 베드를 따라 일정하지 않을 경우에 (예를 들면, 복수의 온도 영역의 경우), 본 문서에서 고정된 촉매 베드의 온도라는 용어는 고정된 촉매 베드를 따른 온도의 (산술적) 평균을 의미한다.In this context, the temperature of the fixed catalyst bed is determined by the temperature of the fixed catalyst bed when the partial oxidation process is carried out, except that no chemical reaction is theoretically present (ie there is no influence of reaction heat). it means. This also applies to this document. In contrast, the effective temperature of a particular fixed catalyst bed refers to the actual temperature of the fixed catalyst bed, taking into account the heat of reaction of partial oxidation in this document. If the temperature of the fixed catalyst bed is not constant along the fixed catalyst bed (eg, in the case of a plurality of temperature zones), the term temperature of the fixed catalyst bed in this document refers to the fixed catalyst bed. Mean (arithmetic) average of temperature.
상기 언급된 맥락에서, 반응 기체 혼합물의 온도(및 이에 따른 고정된 촉매 베드의 효과적인 온도 또한)는 그것이 상기 고정된 촉매 베드를 통과할 때 최대 값(고온점(hotspot) 값으로 알려진)을 통과한다는 점이 중요하다. 고온점 값과 고온점 값의 위치에서 고정된 촉매 베드 온도 사이의 차이를 고온점 확장이라 한다.In the context mentioned above, the temperature of the reaction gas mixture (and thus also the effective temperature of the fixed catalyst bed) passes through the maximum value (known as the hotspot value) as it passes through the fixed catalyst bed. The point is important. The difference between the fixed catalyst bed temperature at the hot spot value and the location of the hot spot value is called hot spot extension.
EP-A 990 636 및 EP-A 1 106 598에서 권장된 방법의 단점은 고정된 촉매 베드의 온도 증가가 커질수록, 그의 노화 과정(예를 들면, 노화가 더욱 빨리 진행되도록 하는 상기 촉매의 활성 조성물 내의 어떤 이동 과정)이 가속화된다는 점이다. 일반적으로, 이는 특히, 상기 고정된 촉매 베드의 온도가 증가함에 따라 상기 고정된 촉매 베드 자체의 온도보다 고온점 확장이 통상적으로 더 심하게 일어나기 때문이다 (예를 들면 EP-A 1 106 598의 제 12 면, 제 45 내지 48 행 및 EP-A 990 636의 제 8 면, 제 11 내지 15 행 참고). 따라서 상기 고정된 촉매 베드의 효과적인 온도는 통상적으로 고온점 영역에서 불균형하게 증가되고, 이것이 또한 상기 고정된 촉매 베드의 노화를 촉진한다. Disadvantages of the methods recommended in EP-A 990 636 and EP-
따라서 상기 고정된 촉매 베드의 온도 최고값에 도달할 경우, 상기 고정된 촉매 베드는 통상적으로 완전히 교체된다. Thus, when the temperature peak of the fixed catalyst bed is reached, the fixed catalyst bed is typically completely replaced.
그러나, 그러한 완전한 교체의 단점은 그것이 비교적 고비용이며 불편하다는 점이다. 아크릴산을 제조하기 위한 방법은 지속된 시간 동안 중단되어야 하고, 촉매 제조의 비용도 마찬가지로 상당하다. However, the disadvantage of such a complete replacement is that it is relatively expensive and inconvenient. The process for producing acrylic acid has to be stopped for a prolonged time, and the cost of producing the catalyst is likewise significant.
따라서 반응기 계 중 고정된 촉매 베드의 흐름(on-stream) 시간을 더 지속하는 데 도움을 주는, 프로펜의 아크릴산으로의 2-단계 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화를 위한 방법을 위한 수행 방식이 요구된다.Thus, a method of implementation for a method for two-step heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propene to acrylic acid, which helps to further sustain the on-stream time of a fixed catalyst bed in the reactor system, Required.
이와 관련하여, DE-A 10 232 748은 고정된 촉매 베드를 완전히 교체하는 대신, 그 일부만을 새로운 촉매 충진물로 대체하는 것을 권장한다. In this regard, DE-A 10 232 748 recommends replacing only part of the fixed catalyst bed with a new catalyst fill.
상기 제안의 단점은 고정된 촉매 베드의 부분적인 교환 조차도 상당한 비용과 불편을 수반한다는 점이다. A disadvantage of this proposal is that even partial exchange of a fixed catalyst bed entails considerable cost and inconvenience.
특히 아크롤레인이 아크릴산으로 부분 산화되는 두 번째 반응 단계에 관한 EP-A 614 872는, 15℃ 내지 30℃ 및 그 이상의 온도 증가가 수반되는 상기 고정된 촉매 베드를 여러 해 동안 작동시킨 후, 부분 산화 공정을 중단하고, 260 내지 450℃의 고정된 촉매 베드 온도에서 산소, 수증기 및 비활성 기체로 이루어진 기체 혼합물을 거기에 통과시키고, 부분 산화를 이어서 계속함으로써, 두 번째 단계 고정된 촉매 베드의 흐름 시간을 연장할 것을 권장한다. In particular, EP-A 614 872, which relates to a second reaction step in which acrolein is partially oxidized to acrylic acid, has been carried out for several years after operating the fixed catalyst bed with a temperature increase of between 15 ° C. and 30 ° C. and beyond. To extend the flow time of the second stage fixed catalyst bed by passing it through a gas mixture consisting of oxygen, water vapor and an inert gas at a fixed catalyst bed temperature of 260 to 450 ° C. and continuing partial oxidation I recommend doing it.
이러한 맥락에서, 일정 조건 하에 상기 고정된 촉매 베드를 통과하는 기체 혼합물 중 비활성 기체는 본 문서에서, 상기 고정된 촉매 베드를 통과할 경우 적어도 95 몰%, 바람직하게는 적어도 98 몰%, 가장 바람직하게는 적어도 99 몰% 또는 99.5 몰%가 변화하지 않고 남아 있는 기체들을 의미한다. 본 발명에 따라 사용되는 기체 혼합물 G에 관하여, 수증기는 비활성 기체라는 용어에 포함되어서는 안된다. In this context, the inert gas in the gas mixture passing through the fixed catalyst bed under certain conditions is at least 95 mol%, preferably at least 98 mol%, most preferably in this document when passing through the fixed catalyst bed. Means gases in which at least 99 mol% or 99.5 mol% remain unchanged. With regard to the gas mixture G used according to the invention, water vapor should not be included in the term inert gas.
실질적으로 프로펜이 아크롤레인으로 부분 산화되는 첫 번째 반응 단계에 관한 EP-A 169 449는, 15℃ 이상의 온도 증가가 수반되는, 고정된 촉매 베드를 여러 해 동안 수행한 후, 부분 산화를 중지하고, 380 내지 540℃의 고정된 촉매 베드 온도에서 실질적으로 공기로 이루어진 기체를 거기에 통과시킨 다음, 이어서 부분 산화를 계속함으로써 상기 고정된 촉매 베드의 흐름 시간을 연장할 것을 권장한다. EP-A 169 449, which relates substantially to the first reaction step in which propene is partially oxidized to acrolein, stops partial oxidation after several years of a fixed catalyst bed, accompanied by a temperature increase of at least 15 ° C, It is recommended to extend the flow time of the fixed catalyst bed by passing there through a gas consisting essentially of air at a fixed catalyst bed temperature of 380-540 ° C. and then continuing partial oxidation.
EP-A 339 119는, 작업의 유사한 방식으로, 산소 및 수증기를 포함하는 기체를 사용할 것을 권장한다.EP-A 339 119 recommends the use of a gas comprising oxygen and water vapor in a similar manner of operation.
그러나, EP-A 339 119, EP-A 169 449 및 EP-A 614 872의 방법의 단점은 부분 산화가 중지되는 시점까지 고정된 촉매 베드의 노화가 계속되며 저해되지 않고 촉진된다는 점이다.However, a disadvantage of the methods of EP-A 339 119, EP-A 169 449 and EP-A 614 872 is that aging of the fixed catalyst bed continues and is accelerated without inhibition until the point at which partial oxidation is stopped.
본 발명의 목적은, 두 단계 모두에서 시간의 경과에 따른 고온점 확장의 정도가 종래 기술 공정에서보다 낮도록 하는 방식으로 양 단계에서 촉매 노화를 저해하는, 프로펜의 아크릴산으로의 2-단계 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화의 장기 수행을 위한 방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is a two-step fire of propene to acrylic acid, which inhibits catalytic aging in both steps in such a way that the degree of hot spot expansion over time in both steps is lower than in prior art processes. It is to provide a method for long term performance of homogeneously catalyzed gas phase partial oxidation.
본 발명자들은 상기 목적이, The inventors have the above object,
고정된 촉매 베드 (2)의 온도가 영구적으로 10℃ 이상 증가되기 전에 적어도 1회 기체 상 부분 산화를 중지시키고, 250 내지 550℃의 고정된 촉매 베드 (1) 온도 및 200 내지 450℃의 고정된 촉매 베드 (2) 온도에서 분자상 산소, 비활성 기체 및 선택적으로 수증기로 구성된 기체 혼합물 G를 먼저 상기 고정된 촉매 베드 (1)를 통해서, 및 이어서 선택적으로 중간 냉각기를 통해서, 및 마지막으로 상기 고정된 촉매 베드 (2)를 통해서 통과시키는 것을 포함하는,The gas phase partial oxidation is stopped at least once before the temperature of the fixed
먼저 첫 번째 반응 단계에서, 프로펜, 분자상 산소 및 적어도 1종의 비활성 기체를 포함하며 분자상 산소 및 프로펜을 1 이상의 O2:C3H6 몰비로 함유하는 출발 반응 기체 혼합물 (1)을, 촉매의 활성 조성물이 몰리브덴 및/또는 텅스텐 및 또한 비스무트, 텔루륨, 안티몬, 주석 및 구리 중 적어도 1종의 원소를 함유하는 적어도 1종의 다금속 산화물인 첫 번째 고정된 촉매 베드 (1)로 상승된 온도에서, 1회 통과시 프로펜 변환율이 93 몰% 이상이고 아크롤레인 형성 및 함께 수득되는 아크릴산 부-생성의 동반되는 선택성이 90 몰% 이상 (바람직하게는 92 몰% 이상, 또는 94 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 98 몰% 이상)이 되도록 통과시키고, 선택적으로 상기 첫 번째 반응 단계에서 나온 생성물 기체 혼합물 (1)의 온도를 직접 및/또는 간접 냉각에 의해 감소시키고, 선택적으로 상기 생성물 기체 혼합물 (1)에 분자상 산소 및/또는 비활성 기체를 첨가한 다음, 두 번째 단계에서, 상기 생성물 기체 혼합물 (1)을, 아크롤레인, 분자상 산소 및 적어도 1종의 비활성 기체를 포함하며 분자상 산소 및 아크롤레인을 0.5 이상의 O2:C3H4O 몰비로 함유하는 출발 반응 기체 혼합물 (2)로서 촉매의 활성 조성물이 원소 몰리브덴 및 바나듐을 함유하는 적어도 1종의 다금속 산화물인 두 번째 고정된 촉매 베드 (2)로 상승된 온도에서, 1회 통과시 아크롤레인 변환율이 90 몰% 이상이고 두 반응 단계에 걸쳐 평가된 아크릴산 형성의 선택성이 변환된 프로펜을 기준으로 80 몰% 이상(바람직하게는 83 몰% 이상, 또는 85 몰% 이상, 또는 88 몰% 이상, 또는 90 몰% 이상, 또는 93 몰% 이상)이 되도록 통과시킴으로써, 그리고 상기 고정된 촉매 베드 (1) 및 고정된 촉매 베드 (2) 양자의 비활성화를 저해하기 위해 시간 경과에 따라 특정 고정된 촉매 베드의 온도를 독립적으로 증가시킴으로써 프로펜을 아크릴산으로 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시키는 장기 수행 방법에 의해 성취됨을 발견하였다. First in the first reaction stage a starting reaction gas mixture comprising propene, molecular oxygen and at least one inert gas and containing molecular oxygen and propene in a molar ratio of at least one O 2 : C 3 H 6 (1) The first fixed catalyst bed (1), wherein the active composition of the catalyst is at least one polymetal oxide containing molybdenum and / or tungsten and also at least one element of bismuth, tellurium, antimony, tin and copper (1) At elevated temperature, the propene conversion in one pass is at least 93 mol% and the accompanying selectivity of acrolein formation and the acrylic acid sub-products obtained together is at least 90 mol% (preferably at least 92 mol%, or 94 mol) %, Or at least 96 mol%, or at least 98 mol%), optionally reducing the temperature of the product gas mixture (1) from the first reaction step by direct and / or indirect cooling, and Alternatively adding molecular oxygen and / or inert gas to the product gas mixture (1), and then in a second step, the product gas mixture (1) is replaced with acrolein, molecular oxygen and at least one inert gas. And a starting reaction gas mixture (2) containing molecular oxygen and acrolein in an O 2 : C 3 H 4 O molar ratio of at least 0.5, wherein the active composition of the catalyst is at least one multimetal oxide containing elemental molybdenum and vanadium At elevated temperature to the second fixed catalyst bed (2), at least 80 mol% based on converted propene with acrolein conversion of at least 90 mol% in one pass and the selectivity of acrylic acid formation evaluated over the two reaction stages (Preferably at least 83 mol%, or at least 85 mol%, or at least 88 mol%, or at least 90 mol%, or at least 93 mol%), and the fixed catalyst bed (1) and It is achieved by a long-term method of performing propene to heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of acrylic acid with acrylic acid by increasing the temperature of a particular fixed catalyst bed independently over time to inhibit deactivation of both of the defined catalyst beds (2). Found.
본 발명에 따르는 방법이 사용될 경우, 시간 경과에 따른 고온점 확장의 정도가 종래 기술 방법에서보다 낮춤으로써, 프로펜을 아크릴산으로 2-단계 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시키는 장기 수행이 가능하다는 것은 경이적이다. 유리한 경우, 시간 경과에 따른 고온점 확장의 정도가 일정하게 유지되거나 심지어는 감소한다. 뿐만 아니라, 특정 목적 생성물 형성의 선택성은 일반적으로 시간 경과에 따라 실질적으로 일정하게 유지되며 유리한 경우에는 심지어 증가된다. When the process according to the invention is used, the degree of hot spot expansion over time is lower than in the prior art processes, so that long-term performance of the two-step heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propene with acrylic acid is possible. It is amazing. Advantageously, the extent of hot spot expansion over time remains constant or even decreases. In addition, the selectivity of the formation of a particular desired product generally remains substantially constant over time and even increases if advantageous.
본 발명에 따르면, 기체 혼합물 G를 본 발명의 방식으로 고정된 촉매 베드로 통과시키기 위해, 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도가 심지어는 영구적으로 8℃ 이상, 또는 7℃ 이상, 또는 6℃ 이상, 또는 5℃ 이상, 또는 4℃ 이상 증가되기 전에 적어도 1회 상기 기체 상 부분 산화를 바람직하게 중지할 것이다. According to the invention, in order to pass the gas mixture G into the fixed catalyst bed in the manner of the invention, the temperature of the fixed
본 발명에 따르는 방법에서, 기체 혼합물 G를 본 발명의 방식으로 고정된 촉매 베드로 통과시키기 위해, 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도가 심지어는 영구적으로 3℃ 이상, 또는 2℃ 이상 증가되기 전에 적어도 1회 상기 기체 상 부분 산화를 바람직하게 중지할 것이다. In the process according to the invention, in order to pass the gas mixture G into the fixed catalyst bed in the manner of the invention, before the temperature of the fixed
그러나, 본 발명에 따르는 방법은 또한 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도가 영구적으로 1℃ 이상 또는 그 이하 증가되기 전에 상기 기체 상 부분 산화를 적어도 1회 중단하고, 기체 혼합물 G를 본 발명의 방식으로 상기 고정된 촉매 베드들로 통과시키는 경우에 유리하다. However, the process according to the invention also stops the gas phase partial oxidation at least once before the temperature of the fixed
그러나, 본 발명에 따라 프로펜의 아크릴산으로의 기체 상 부분 산화가 적어도 1회 중지되기 전에 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는 일반적으로 영구적으로 0.1℃ 이상 또는 0.2℃ 이상 증가될 것이다.However, according to the invention the temperature of the fixed
"고정된 촉매 베드 (2)의 나타난 온도가 영구적으로 10℃ 이상 또는 8℃ 이상(일반적으로 X℃ 이상) 증가되기 전에"라는 어구는 공업적 규모에서 고정된 촉매 베드 (2)의 온도가 다양한 이유로 인하여 특정의 편차를 보일 수 있음을 설명한다. 이러한 경우, 고정된 촉매 베드 (2)의 온도의 실제 윤곽(profile)을 시간 경과에 따라 플롯하고, 레겐더와 가우스(Legendre and Gauss)에 의해 개발된 최소 제곱법의 편차에 의해 측정 점을 통해 맞추어진 곡선을 그린다. 상기 맞추어진 곡선 상에서 10℃ 이상 또는 8℃ 이상(일반적으로 X℃ 이상) 온도가 증가될 때, "영구적"이라는 특징이 만족된다. The phrase “before the indicated temperature of the fixed
본 발명에 따라 유리하게는, 본 발명에 따라 기체 혼합물 G가 통과할 때 상기 고정된 촉매 베드 (1)의 온도는 300 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 300 내지 400℃, 가장 바람직하게는 300 내지 360℃이다. Advantageously according to the invention, the temperature of the fixed
본 발명에 따라 기체 혼합물 G가 통과할 때 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는 바람직하게는 250 내지 400℃, 종종 250 내지 350℃이고, 많은 경우에 250 내지 300℃이다. The temperature of the fixed
본 발명에 따라 유리하게는, 본 발명에 따르는 방법의 실시 도중 기체 혼합물 G가 통과되는 동안 상기 고정된 촉매 베드 (1)의 온도는, 본 발명에 따라 고정된 촉매 베드 (1)를 통해 기체 혼합물 G를 통과시키기 위해 부분 산화가 중지되기 전 부분 산화의 수행 도중 고정된 촉매 베드 (1)이 가졌던 고정된 촉매 베드 (1)의 온도 Tv1에 실질적으로 상응하는 값 TG1으로 유지된다. Advantageously according to the invention, the temperature of the fixed
달리 말하면, 본 발명에 따라 유리하게는, TG1 = TV1 ± 50℃, 또는 TG1 = Tv1 ± 20℃이며, 매우 특별히 유리하게는 TG1 = Tv1 이다. 통상적으로, Tv1는 250 내지 450℃의 범위 내에 있고, 빈번하게는 300 내지 400℃의 범위 내에 있다. In other words, according to the invention it is advantageously T G1 = T V1 ± 50 ° C., or T G1 = T v1 ± 20 ° C., very particularly advantageously T G1 = T v1 . Typically, T v1 is in the range of 250 to 450 ° C. and frequently in the range of 300 to 400 ° C.
본 발명에 따라 기체 혼합물 G가 통과되는 동안 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는, 본 발명에 따라 기체 혼합물 G를 통과시킬 목적으로 부분 산화가 중지되기 전 부분 산화의 수행 도중 고정된 촉매 베드 (2)가 가졌던 고정된 촉매 베드 (2)의 온도 Tv2에 실질적으로 상응하는 값 TG2로 바람직하게 유지될 것이다. The temperature of the fixed
달리 말하면, 본 발명에 따라 유리하게는, TG2 = TV2 ± 50℃, 또는 TG2 = Tv2 ± 20℃이며, 매우 특별히 유리하게는 TG2 = Tv2 이다. 통상적으로, Tv2는 200 내지 400℃의 범위 내에 있고, 빈번하게는 220 내지 350℃의 범위 내에 있다. In other words, according to the invention it is advantageously T G2 = T V2 ± 50 ° C, or T G2 = T v2 ± 20 ° C, very particularly advantageously T G2 = T v2 . Typically, T v2 is in the range of 200 to 400 ° C. and frequently in the range of 220 to 350 ° C.
본 발명에 따르는 방법에서 기체 혼합물 G가 상기 촉매 베드를 통과하는 기간 tG는 일반적으로 2 시간 미만, 빈번하게는 6 시간 내지 120 시간이고, 많은 경우에 12 시간 내지 72 시간, 종종 20 시간 내지 40 시간일 것이다. 그러나, 이는 10 일 이상일 수도 있다. 일반적으로 기체 혼합물 G의 산소 함량이 적을 수록 더 긴 기간 tG의 결과를 가져올 것이다. 기체 혼합물 G 중 증가된 산소 함량이 본 발명에 따라 유리하다. In the process according to the invention the period t G through which the gas mixture G passes through the catalyst bed is generally less than 2 hours, frequently from 6 to 120 hours, in many cases from 12 to 72 hours, often from 20 to 40 hours. It will be time. However, this may be more than 10 days. In general, the lower the oxygen content of the gas mixture G will result in a longer period t G. An increased oxygen content in the gas mixture G is advantageous according to the invention.
전형적으로, 상기 기간 tG는 적어도, 기체 혼합물 G가 상기 고정된 촉매 베드 (2)에서 나올 때 상기 혼합물의 산소 함량이 상기 고정된 촉매 베드 (1)로 들어갈 때 상기 기체 혼합물 G의 산소 함량과 더 이상 달라지지 않도록 충분히 길 것이다. Typically, the period t G is at least equal to the oxygen content of the gas mixture G when the gas mixture G exits the fixed
고정된 촉매 베드 (1)과 (2) 사이에서, 새로운 기체 혼합물 G의 보충이 본 발명에 따르는 방법에서 선택적으로 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에서 그러한 보충을 실시하지 않는 것이 바람직하다.Between the fixed catalyst beds (1) and (2), replenishment of fresh gas mixture G can optionally be carried out in the process according to the invention. However, it is desirable not to make such a supplement in the method of the present invention.
일반적으로, 상기 기체 혼합물 G는 연간 적어도 1회, 바람직하게는 9 개월마다 또는 6 개월마다 적어도 1회, 더욱 바람직하게는 3 개월마다 적어도 1회, 더욱 바람직하게는 매월 적어도 1회의 빈도수 F로 상기 고정된 촉매 베드에 통과될 것이 다.In general, the gas mixture G is at least once a year, preferably every 9 months or at least once every 6 months, more preferably at least once every 3 months, more preferably at least once a month. It will pass through a fixed catalyst bed.
달리 말하면, 상기 기체 혼합물 G는 본 발명에 따르는 방법에서 부분 산화의 수행 시간 7500 또는 7000 시간, 또는 6000 시간 당 적어도 1회, 바람직하게는 5500 또는 5000 시간 당 적어도 1회, 가장 바람직하게는 4000, 또는 3000 또는 2000 또는 1500 또는 1000 또는 500 시간 당 적어도 1회 본 발명에 따르는 고정된 촉매 베드를 통과할 것이다. 본 발명에 따르는 방법을 수행하는 것은 빈번하게 유리한 효과를 갖는다.In other words, the gas mixture G is at least 7500 or 7000 hours, or at least once per 6000 hours, preferably at least once per 5500 or 5000 hours, most preferably 4000, of the partial oxidation in the process according to the invention. Or at least once per 3000 or 2000 or 1500 or 1000 or 500 hours through a fixed catalyst bed according to the invention. Performing the method according to the invention frequently has an advantageous effect.
그 외에는 프로펜을 아크릴산으로 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시키는 방법은 실질적으로 연속적으로 수행될 것이다.Otherwise, the process of partial oxidation of the propene to heterogeneously catalyzed gas phase with acrylic acid will be carried out substantially continuously.
빈번하게는, 상기 고정된 촉매 베드 (1)의 온도는 본 발명에 따르는 방법에서 상기 반응 기체 혼합물이 고정된 촉매 베드 (1)를 1회 통과 시 프로펜의 변환율이 93 몰% 이상, 또는 94 몰% 이상, 또는 95 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 97 몰% 이상이 되도록 증가될 것이다. Frequently, the temperature of the fixed
달리 말하면, 상기 고정된 촉매 베드 (1)의 온도는 통상적으로 부분 산화의 수행 시간 7500 또는 7000 시간 전에, 일반적으로 6000 시간 전에, 많은 경우에 5000 시간 또는 4000 시간 또는 3000 시간 전에 적어도 1회 증가될 것이다.In other words, the temperature of the fixed
특히 적절한 방법에서, 본 발명에 따르는 방법에서 고정된 촉매 베드 (1)의 온도는 특히 유리한 촉매(예를 들면 본 문서에서 권장된 것들)를 사용하여(일반적으로 실질적으로 연속적으로 그리고) 상기 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물 중 프로펜 함량이 10000 중량 ppm, 바람직하게는 6000 중량 ppm, 더욱 바람직하게는 4000 또는 2000 중량 ppm을 넘지 않도록 하는 방식으로 바람직하게 증가될 것이다. In a particularly suitable method, the temperature of the fixed
뿐만 아니라, 상기 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물 중 잔류 산소는 적어도 1 부피%, 바람직하게는 적어도 2 부피%, 더욱 바람직하게는 적어도 3 부피%이어야 한다. In addition, the residual oxygen in the product gas mixture of the first reaction step should be at least 1% by volume, preferably at least 2% by volume, more preferably at least 3% by volume.
본 발명에 따르는 방법에서 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는 상기 반응 기체 혼합물이 고정된 촉매 베드 (2)를 1회 통과 시 아크롤레인의 변환율이 90 몰% 이상, 또는 92 몰% 이상, 93 몰% 이상, 또는 94 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 98 몰% 이상, 또는 99 몰% 이상이 되도록 유사하게 적절히 증가될 것이다.The temperature of the fixed catalyst bed (2) in the process according to the invention is such that the conversion of acrolein at least 90 mol%, or at least 92 mol%, 93 mol when the reaction gas mixture passes through the fixed catalyst bed (2) once Similarly appropriately increased to be at least%, or at least 94 mol%, or at least 96 mol%, or at least 98 mol%, or at least 99 mol%.
달리 말하면, 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는 통상적으로 부분 산화의 수행 시간 7500 시간 전에 또는 7000 시간 전에, 일반적으로 6000 시간 전에, 많은 경우에 5000 시간, 또는 4000 시간 또는 3000 시간이 되기 전에 적어도 1회 증가될 것이다.In other words, the temperature of the fixed
특히 적절한 방법에서, 본 발명에 따르는 방법에서 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는 특히 유리한 촉매(예를 들면 본 문서 또는 JP-A 7-10802에서 권장된 것들)를 사용하여(일반적으로 실질적으로 연속적으로 그리고) 상기 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물 중 아크롤레인 함량이 1500 중량 ppm, 바람직하게는 600 중량 ppm, 더욱 바람직하게는 350 중량 ppm을 넘지 않도록 하는 방식으로 바람직하게 증가될 것이다. 이는 아크롤레인이 아크릴산의 중합 경향을 촉진한다는 점에서 생성물 기체 혼합물로부터 아크릴산을 제거하는 과정에서 부분 산화에 파괴적인 영향을 갖는다는 것을 설명해준다(EP-A 1 041 062 참고).In a particularly suitable method, the temperature of the fixed
뿐만 아니라, 상기 두 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물 중 잔류 산소는 적어도 1 부피%, 바람직하게는 적어도 2 부피%, 더욱 바람직하게는 적어도 3 부피%이어야 한다. In addition, the residual oxygen in the product gas mixture of the second reaction step should be at least 1% by volume, preferably at least 2% by volume, more preferably at least 3% by volume.
응용의 관점에서 적절하게는, 본 발명에 따르는 방법에서 상기 기체 혼합물 G는 적어도 1 부피% 또는 2 부피%, 바람직하게는 적어도 3 부피%, 더욱 바람직하게는 적어도 4 부피%의 산소를 함유할 것이다. 그러나 기체 혼합물 G의 산소 함량은 일반적으로 21 부피% 이하일 것이다. 달리 말하면, 가능한 기체 혼합물 G는 공기이다. 또 다른 가능한 기체 혼합물 G는 결핍한 공기이다. 이는 산소가 결핍한 공기이다. Suitably in view of the application, in the process according to the invention said gas mixture G will contain at least 1% by volume or 2% by volume, preferably at least 3% by volume, more preferably at least 4% by volume of oxygen. . However, the oxygen content of the gas mixture G will generally be 21 vol% or less. In other words, the possible gas mixture G is air. Another possible gas mixture G is depleted air. This is oxygen deficient air.
본 발명에 따라 유리한 것은 3 내지 10 부피%, 바람직하게는 4 내지 6 부피%의 산소, 및 나머지는 분자상 질소로 이루어진 결핍한 공기이다. 본 발명에 따라 적절하게는, 상기 기체 혼합물 G는 실질적으로 수증기를 함유하지 않는다. 그러나, 본 발명에 따라 사용되는 기체 혼합물 G는 0.1 부피% 이하, 또는 0.5 부피% 이하, 또는 1 부피% 이하의 수증기를 함유할 수도 있다. 통상적으로, 상기 기체 혼합물의 수증기 함량은 75 부피% 이하이다. 상기 기체 혼합물 G의 비활성 기체 함량은 일반적으로 95 부피% 이하, 보통 90 부피% 이하이다. Advantageous according to the invention are 3 to 10% by volume of oxygen, preferably 4 to 6% by volume of oxygen, and the remainder being depleted air consisting of molecular nitrogen. Suitably according to the invention, the gas mixture G is substantially free of water vapor. However, the gas mixture G used according to the invention may contain up to 0.1% by volume, or up to 0.5% by volume, or up to 1% by volume of water vapor. Typically, the water vapor content of the gas mixture is up to 75% by volume. The inert gas content of the gas mixture G is generally 95% by volume or less, usually 90% by volume or less.
따라서 본 발명에 따라 적합한 기체 혼합물 G는 예를 들면 3 내지 20 부피%, 바람직하게는 4 내지 6 부피%의 산소, 0 내지 5 부피%의 수증기 및 나머지의 비활 성 기체로 구성될 수 있다. 바람직한 비활성 기체는 N2 및 CO2이다. 본 발명에 따르는 방법을 위해 유용한 기체 혼합물 G는 특히 EP-A 339 119, EP-A 169 449 및 EP-A 614 872에 권장된 모든 것들이다. 상기 문서들에 권장된 모든 재생 조건이 마찬가지로 본 발명에 따르는 방법을 위해 사용될 수 있다. Suitable gas mixtures G according to the invention can thus consist, for example, of 3 to 20% by volume, preferably 4 to 6% by volume of oxygen, 0 to 5% by volume of water vapor and the rest of the inert gas. Preferred inert gases are N 2 and CO 2 . Gas mixtures G which are useful for the process according to the invention are all especially recommended in EP-A 339 119, EP-A 169 449 and EP-A 614 872. All reproduction conditions recommended in the above documents can likewise be used for the method according to the invention.
본 발명에 따르는 방법에서 상기 고정된 촉매 베드 (1)를 통과하는 기체 혼합물 G의 양은 5 또는 100 내지 5000 l (STP)/l?h, 바람직하게는 20 또는 200 내지 3000 l (STP)/l?h일 수 있다. 참고 기준은 전체 고정된 촉매 베드 (1)의 부피, 즉 비활성 물질만으로 구성되는 임의의 사용되는 부분을 포함하는 부피이다. 기체 혼합물 G의 높은 시간당 공간 속도가 본 발명에 따라 유리한 것으로 밝혀졌다. The amount of gas mixture G passing through the fixed
본 발명에 따르는 방법의 첫 번째 반응 단계의 촉매로 적합한 다금속 산화물 조성물은 특히 Mo, Bi 및 Fe를 포함하는 활성 다금속 산화물이다. 이들은 특히 DE-A 103 44 149 및 DE-A 103 44 264에 개시된 Mo, Bi 및 Fe를 포함하는 다금속 산화물 조성물이다.Suitable multimetal oxide compositions as catalysts for the first reaction step of the process according to the invention are especially active multimetal oxides comprising Mo, Bi and Fe. These are in particular multimetal oxide compositions comprising Mo, Bi and Fe disclosed in DE-A 103 44 149 and DE-A 103 44 264.
이들은 또한, 특히 DE-A 199 55 176의 화학식 (I)의 다금속 산화물 활성 조성물, DE-A 199 48 523의 화학식 (I)의 다금속 산화물 활성 조성물, DE-A 10101695의 화학식 (I), (II) 및 (III)의 다금속 산화물 활성 조성물, DE-A 19948248의 화학식 (I), (II) 및 (III)의 다금속 산화물 활성 조성물, 및 DE-A 19955168의 화학식 (I), (II) 및 (III)의 다금속 산화물 활성 조성물 및 또한 EP-A 700714에 특정된 다금속 산화물 활성 조성물이다.They are also in particular multimetal oxide active compositions of formula (I) of DE-A 199 55 176, multimetal oxide active compositions of formula (I) of DE-A 199 48 523, formula (I) of DE-A 10101695, Multimetal oxide active compositions of (II) and (III), multimetal oxide active compositions of Formula (I), (II) and (III) of DE-A 19948248, and Formula (I) of DE-A 19955168, ( Multimetal oxide active compositions of II) and (III) and also multimetal oxide active compositions specified in EP-A 700714.
문헌 DE-A 10046957, DE-A 10063162, DE-C 3338380, DE-A 19902562, EP-A 15565, DE-C 2380765, EP-A 807465, EP-A 279374, DE-A 3300044, EP-A 575897, US-A 4438217, DE-A 19855913, WO 98/24746, DE-A 19746210 (화학식 II의 것들), JP-A 91/294239, EP-A 293224 및 EP-A 700714에 개시된, Mo, Bi 및 Fe를 포함하는 다금속 산화물 촉매가 본 발명에 따라 사용되는 고정된 촉매 베드 (1)로 적합하다. 이는 특히, 상기 문헌의 예시적 구현예에 적용되며, 그 중에서도, EP-A 15565, EP-A 575897, DE-A 19746210 및 DE-A 19855913의 것들이 특히 바람직하다. 이러한 맥락에서 특히 강조되는 것은 EP-A 15565의 실시예 1c에 따르는 촉매 및 또한 상응하는 방식으로 제조되지만 그 활성 조성물이 Mo12Ni6 .5Zn2Fe2Bi1P0 .0065K0 .06Ox?10 SiO2의 조성을 갖는 촉매이다. 또한, 5 mm x 3 mm x 2 mm 또는 5 mm x 2 mm x 2 mm(각각 외경 x 높이 x 내경)의 기하학을 갖는 지지되지 않은 중공 실린더 촉매로서 DE-A 19855913의 일련 번호 3을 갖는 실시예 (화학양론: Mo12Co7Fe3Bi0 .6K0 .08Si1 .6Ox), 및 또한 DE-A 19746210의 실시예 1에 따르는 지지되지 않은 다금속 산화물 II 촉매가 강조된다. US-A 4438217의 다금속 산화물 촉매 또한 언급되어야 할 것이다. 후자는 특히, 5.5 mm x 3 mm x 3.5 mm, 또는 5 mm x 2 mm x 2 mm, 또는 5 mm x 3 mm x 2 mm, 또는 6 mm x 3 mm x 3 mm, 또는 7 mm x 3 mm x 4 mm(각각 외경 x 높이 x 내경)의 치수를 갖는 중공 실린더의 기하학을 갖는 경우에 특히 그러하다. 마찬가지로, DE-A 10101695 또는 WO 02/062737의 다금속 산화물 촉매 및 기하학이 적합하다.Documents DE-A 10046957, DE-A 10063162, DE-C 3338 380, DE-A 1990 2562, EP-A 15565, DE-C 2380 765, EP-A 807465, EP-A 279374, DE-A 3300044, EP-A 575897 Mo, Bi, and U. S. 4438217, DE-A 19855913, WO 98/24746, DE-A 19746210 (things of Formula II), JP-A 91/294239, EP-A 293224 and EP-A 700714 Multimetal oxide catalysts comprising Fe are suitable as fixed
5 mm x 3 mm x 2 mm 또는 5 mm x 2 mm x 2 mm(각각 외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 지지되지 않은 중공 실린더 (고리) 촉매로서의 DE-A 10046957의 실시예 1 (화학양론: [Bi2W2O9 x 2WO3]0.5?[Mo12Co5 .6Fe2 .94Si1 .59K0 .08Ox]1), 및 또한 5 mm x 3 mm x 1.5 mm 또는 7 mm x 3 mm x 1.5 mm의 기하학을 갖는 지지된 고리에 적용된 적절한 피복 두께의 환상의 피복된 촉매로서인 것 외에는 DE-A 10063162의 피복된 촉매 1, 2 및 3(화학양론: Mo12Bi1 .0Fe3Co7Si1 .6K0 .08)도 적합하다. Example 1 of DE-A 10046957 as an unsupported hollow cylinder (ring) catalyst having a geometry of 5 mm x 3 mm x 2 mm or 5 mm x 2 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter, respectively) :? [Bi 2 W 2 O 9 x 2WO 3] 0.5 [
본 발명에 따르는 방법에 필요한 고정된 촉매 베드 (1)의 촉매로 적합한 다금속 산화물 활성 조성물의 다수는 하기 화학식 (I)에 의해 포함될 수 있다:Many of the multimetal oxide active compositions suitable as catalysts for the fixed catalyst bed (1) necessary for the process according to the invention can be included by the following general formula (I):
상기 식에서 변수들은 다음과 같이 정의된다:The variables in the above formula are defined as follows:
X1 = 니켈 및/또는 코발트,X 1 = nickel and / or cobalt,
X2 = 탈륨, 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속,X 2 = thallium, alkali metal and / or alkaline earth metal,
X3 = 아연, 인, 비소, 붕소, 안티몬, 주석, 세륨, 납 및/또는 텅스텐,X 3 = zinc, phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium, lead and / or tungsten,
X4 = 규소, 알루미늄, 티탄 및/또는 지르코늄,X 4 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
a = 0.5 내지 5,a = 0.5 to 5,
b = 0.01 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4,b = 0.01 to 5, preferably 2 to 4,
c = 0 내지 10, 바람직하게는 3 내지 10,c = 0 to 10, preferably 3 to 10,
d = 0 내지 2, 바람직하게는 0.02 내지 2,d = 0 to 2, preferably 0.02 to 2,
e = 0 내지 8, 바람직하게는 0 내지 5,e = 0 to 8, preferably 0 to 5,
f = 0 내지 10, 및 f = 0 to 10, and
n = 화학식 (I)에서 산소가 아닌 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수.n = number determined by the valence and frequency of an element other than oxygen in formula (I).
이들은 그 자체로서 공지된 방법으로 수득가능하며 (예를 들면, DE-A 4023239 참고) 희석되지 않고 통상적으로 구, 고리 또는 실린더 또는 피복된 촉매의 형태로 사용되는 다른 것, 즉 활성 조성물로 피복된 예비형태화된 비활성 지지 몸체로 형태화된다. 이들은 분말 형태의 촉매로서 사용될 수도 있음이 잘 인식될 것이다. They are obtainable by methods known per se (see for example DE-A 4023239) and are not diluted but usually used in the form of spheres, rings or cylinders or coated catalysts, i.e. coated with active compositions It is shaped as a preformed inert support body. It will be appreciated that they may be used as catalysts in powder form.
원리적으로, 일반식 (I)의 활성 조성물은 그 원소 구성성분의 적합한 원천으로부터 그들의 화학양론에 상응하는 매우 긴밀한, 바람직하게는 미분된 건조 혼합물을 수득하고, 그를 350 내지 650℃의 온도에서 소성함으로써 간단한 방법으로 제조될 수 있다. 소성은 비활성 기체 하에 또는 산화성 대기, 예를 들면 공기(비활성 기체와 산소의 혼합물) 하에, 및 또한 환원성 대기(예를 들면, 비활성 기체, NH3, CO 및/또는 H2의 혼합물) 하에 수행될 수 있다. 소성 시간은 수 분 내지 수 시간일 수 있고, 전형적으로 온도 증가에 따라 감소한다. 다금속 산화물 활성 조성물 (I)의 원소 구성성분의 유용한 원천은 이미 산화물인 화합물 및/또는, 적어도 산소의 존재 하에 가열에 의해 산화물로 변환될 수 있는 화합물이다. In principle, the active compositions of general formula (I) obtain a very dense, preferably finely divided, dry mixture corresponding to their stoichiometry from a suitable source of their elemental constituents and firing them at a temperature of 350 to 650 ° C. It can be produced by a simple method. Firing can be carried out under inert gas or under an oxidizing atmosphere such as air (a mixture of inert gas and oxygen) and also under a reducing atmosphere (eg a mixture of inert gas, NH 3 , CO and / or H 2 ). Can be. The firing time can be from several minutes to several hours and typically decreases with increasing temperature. Useful sources of elemental constituents of the multimetal oxide active composition (I) are compounds which are already oxides and / or compounds which can be converted to oxides by heating in the presence of at least oxygen.
산화물 외에도, 그러한 유용한 출발 화합물은 특히 할로겐화물, 질산염, 포름산염, 옥살산염, 시트르산염, 아세트산염, 탄산염, 아민 착물, 암모늄 염 및/또는 수산화물(NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 및/또는 옥살산 암모늄과 같이, 늦어도 나중에 소성 시 기체 형태로 방출되는 화합물로 분해되고/또는 분해될 수 있는 화합물이 상기 긴밀한 건조 혼합물 내에 추가로 도입될 수 있다)을 포함한다.In addition to oxides, such useful starting compounds are especially halides, nitrates, formates, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complexes, ammonium salts and / or hydroxides (NH 4 OH, (NH 4 ) 2 CO 3 , Compounds which can be decomposed and / or decomposed into compounds which are released in gaseous form at a later firing, such as NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and / or ammonium oxalate, are May be further introduced into the intimate dry mixture).
다금속 산화물 활성 조성물 (I)을 제조하기 위한 출발 화합물은 건조 또는 습윤 형태로 긴밀하게 혼합될 수 있다. 이들이 건조 형태로 혼합되는 경우, 상기 출발 화합물은 미분된 분말로서 유리하게 사용되어 혼합 및 선택적 압축 후에 소성된다. 그러나, 습윤 형태로 긴밀하게 혼합하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 상기 출발 화합물은 수용액 및/또는 현탁액의 형태로 서로 혼합된다. 특히 긴밀한 건조 혼합물은 상기 출발 물질이 오직 용해된 형태의 원소 구성성분의 원천일 경우에만 기재된 혼합 공정에서 수득된다. 사용되는 용매는 바람직하게는 물이다. 이어서, 수득된 수성 조성물을 건조시키며, 상기 건조 공정은 100 내지 150℃의 분무 타워로부터의 출구 온도에서 수성 혼합물을 분무-건조함으로써 바람직하게 수행된다. The starting compounds for preparing the multimetal oxide active composition (I) can be mixed closely in dry or wet form. When they are mixed in dry form, the starting compounds are advantageously used as finely divided powders which are calcined after mixing and selective compaction. However, it is desirable to mix closely in wet form. Typically, the starting compounds are mixed with each other in the form of aqueous solutions and / or suspensions. Particularly close dry mixtures are obtained in the mixing process described only if the starting materials are only sources of elemental components in dissolved form. The solvent used is preferably water. The aqueous composition obtained is then dried and the drying process is preferably carried out by spray-drying the aqueous mixture at an outlet temperature from a spray tower of 100 to 150 ° C.
전형적으로, 화학식 (I)의 다금속 산화물 활성 조성물은 본 발명에 따르는 방법에 필요한 고정된 촉매 베드 (1)에 분말이 아닌 형태로 사용되고, 오히려 일정한 촉매 기하학으로 형태화되며, 상기 형태화는 최종 소성의 전 또는 후에 수행될 수 있다. 예를 들면, 선택적으로는, 예를 들면 윤활제로서의 흑연 또는 스테아르산 및/또는 미세섬유의 유리, 석면, 탄화 규소 또는 티탄산 칼륨과 같은 형태화 보조제 및 보강재와 같은 보조제의 첨가와 함께 원하는 촉매 기하학으로 압축함으로써(예를 들면 정제화 또는 압출에 의해), 지지되지 않은 촉매가 활성 조성물의 분말 형태 또는 그 소성되지 않은 및/또는 부분적으로 소성된 전구체 조성물의 분말 형태로부터 제조될 수 있다. 적합한 지지되지 않은 촉매 기하학은 2 내지 10 mm의 외경 및 길이를 갖는 고형 실린더 또는 중공 실린더이다. 중공 실린더의 경우, 1 내지 3 mm의 벽 두께가 유리하다. 상기 지지되지 않은 촉매는 또한 구형의 기하학을 가질 수 있고 구의 직경은 2 내지 10 mm일 수 있음이 잘 인식될 것이다. Typically, the multimetal oxide active composition of formula (I) is used in a non-powder form in a fixed catalyst bed (1) necessary for the process according to the invention, rather is shaped into a constant catalyst geometry, the morphology being final It may be carried out before or after firing. For example, optionally, with the addition of auxiliaries such as reinforcing agents and shaping aids such as glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate, for example graphite or stearic acid and / or microfibers as lubricants, By compaction (for example by tableting or extrusion), unsupported catalyst can be prepared from the powder form of the active composition or from the powder form of the unbaked and / or partially calcined precursor composition thereof. Suitable unsupported catalyst geometries are solid cylinders or hollow cylinders with an outer diameter and length of 2 to 10 mm. For hollow cylinders a wall thickness of 1 to 3 mm is advantageous. It will be appreciated that the unsupported catalyst can also have a spherical geometry and the diameter of the sphere can be 2 to 10 mm.
특히 유리한 중공 실린더 기하학은, 특히 지지되지 않은 촉매의 경우 5 mm x 3 mm x 2 mm(외경 x 길이 x 내경)이다. A particularly advantageous hollow cylinder geometry is 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter), especially for unsupported catalysts.
소성되고/또는 부분적으로 소성될 분말상의 활성 조성물 또는 그의 분말상 전구체 조성물은 또한 미리 형상화된 비활성 촉매 지지체에 적용함으로써 형태화될 수도 있음이 잘 인식될 것이다. 피복된 촉매를 제조하기 위한 지지 몸체의 피복은 DE-A 2909671, EP-A 293859 또는 EP-A 714700에 의해 개시된 바와 같은 적합한 회전식 용기에서 일반적으로 수행된다. 상기 지지 몸체를 피복하기 위해, 적용되는 분말 조성물을 적시고 적용 후 예를 들면 고온의 공기에 의해 다시 건조시키는 것이 유리하다. 상기 지지 몸체에 적용되는 분말 조성물의 피복 두께는 10 내지 1000 μm의 범위 내, 바람직하게는 50 내지 500 μm의 범위 내, 더욱 바람직하게는 150 내지 250 μm의 범위 내에서 유리하게 선택된다. It will be appreciated that the powdered active composition or powdered precursor composition thereof to be calcined and / or partially calcined may also be shaped by application to a preformed inert catalyst support. The coating of the support body for producing the coated catalyst is generally carried out in a suitable rotary vessel as disclosed by DE-A 2909671, EP-A 293859 or EP-A 714700. To cover the support body, it is advantageous to wet the powder composition to be applied and to dry it again, for example by hot air, after application. The coating thickness of the powder composition applied to the support body is advantageously selected in the range of 10 to 1000 μm, preferably in the range of 50 to 500 μm, more preferably in the range of 150 to 250 μm.
유용한 지지체 재료는 통상의 다공성 또는 비다공성 산화 알루미늄, 이산화 규소, 이산화 토륨, 이산화 지르콘, 탄화 규소 또는 규산 마그네슘 또는 규산 알루미늄과 같은 규산염이다. 이들은 일반적으로, 본 발명에 따르는 방법이 첫 번째 반응 단계에서 근거로 하는 목표 반응에 대하여 실질적으로 비활성으로 작용한다. 지지 몸체는 규칙적이거나 불규칙한 형태를 가질 수 있지만, 구별되는 표면 조도를 갖는, 예를 들면 구 또는 중공 실린더와 같은 규칙적인 형태를 갖는 지지 몸체가 바람직하다. 직경이 1 내지 8 mm, 바람직하게는 4 내지 5 mm인 동석(steatite)(예를 들면, 세람텍(CeramTec)의 제품인 스테아타이트(Steatite) C220)으로 만들어진 실질적으로 비다공성의 표면-조도화된 구형 지지체가 사용하기 적합하다. 그러나, 적합한 지지 몸체는 또한 길이가 2 내지 10 mm이고 외경이 4 내지 10 mm인 실린더를 포함한다. 지지 몸체로서 본 발명에 따라 적합한 고리의 경우, 벽 두께는 또한 전형적으로 1 내지 4 mm이다. 본 발명에 따르면, 바람직하게 사용되는 환상의 지지 몸체는 2 내지 6 mm의 길이, 4 내지 8 mm의 외경 및 1 내지 2 mm의 벽 두께를 갖는다. 본 발명에 따라 적합한 지지 몸체는 또한 특별히 7 mm x 3 mm x 4 mm 또는 5 mm x 3 mm x 2 mm(외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 고리이다. 상기 지지 몸체의 표면에 적용되는 촉매 활성인 산화물 조성물의 미세도는 원하는 피복 두께에 적응됨이 잘 인식될 것이다 (참고 EP-A 714 700).Useful support materials are conventional porous or nonporous aluminum oxide, silicon dioxide, thorium dioxide, zircon dioxide, silicon carbide or silicates such as magnesium silicate or aluminum silicate. They generally act substantially inactive with respect to the target reaction on which the process according to the invention is based in the first reaction step. The support body may have a regular or irregular shape, but a support body having a regular shape, for example a sphere or a hollow cylinder, with distinct surface roughness is preferred. Substantially nonporous surface-roughness made of steatite (e.g., Steatite C220 from CeramTec) having a diameter of 1 to 8 mm, preferably 4 to 5 mm. Spherical supports are suitable for use. However, suitable support bodies also include cylinders having a length of 2 to 10 mm and an outer diameter of 4 to 10 mm. For rings suitable according to the invention as support bodies, the wall thickness is also typically 1 to 4 mm. According to the invention, the annular support body preferably used has a length of 2 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Suitable support bodies according to the invention are also rings having a geometry of 7 mm x 3 mm x 4 mm or 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter). It will be appreciated that the fineness of the catalytically active oxide composition applied to the surface of the support body is adapted to the desired coating thickness (see EP-A 714 700).
본 발명에 따르는 방법의 고정된 촉매 베드 (1)의 촉매를 위해 적합한 다금속 산화물 활성 조성물은 또한, 그 국소적 환경과는 상이한 조성의 결과로서 그 국소적 환경으로부터 경계가 구분되고, 그 최대 직경(상기 영역의 중심을 통과하고 상기 표면(계면) 상의 두 점을 연결하는 가장 긴 선)이 1 nm 내지 100 μm, 빈번하게는 10 nm 내지 500 nm 또는 1 μm 내지 50 또는 25 μm인 화학적 조성 Y1 a'Y2 b'Ox'의 3-차원 영역을 포함하는, 하기 화학식 (II)의 조성물이다:Suitable multimetal oxide active compositions for the catalyst of the fixed
상기 식에서 변수들은 다음과 같이 정의된다:The variables in the above formula are defined as follows:
Y1 = 오직 비스무트, 또는 비스무트와 텔루륨, 안티몬, 주석 및 구리 중 적어도 1종,Y 1 = only bismuth or at least one of bismuth and tellurium, antimony, tin and copper,
Y2 = 몰리브덴, 또는 몰리브덴과 텅스텐,Y 2 = molybdenum, or molybdenum and tungsten,
Y3 = 알칼리 금속, 탈륨 및/또는 사마륨,Y 3 = alkali metal, thallium and / or samarium,
Y4 = 알칼리 토금속, 니켈, 코발트, 구리, 망간, 아연, 주석, 카드뮴 및/또는 수은,Y 4 = alkaline earth metal, nickel, cobalt, copper, manganese, zinc, tin, cadmium and / or mercury,
Y5 = 철, 또는 철과 크롬 및 세륨 원소 중 적어도 1종,Y 5 = iron or at least one of iron and chromium and cerium elements,
Y6 = 인, 비소, 붕소 및/또는 안티몬,Y 6 = phosphorus, arsenic, boron and / or antimony,
Y7 = 희토류 금속, 티탄, 지르코늄, 니오븀, 탄탈룸, 레늄, 루테늄, 로듐, 은, 금, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 규소, 게르마늄, 납, 토륨 및/또는 우라늄,Y 7 = rare earth metal, titanium, zirconium, niobium, tantalum, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, gold, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, lead, thorium and / or uranium,
a' = 0.01 내지 8,a '= 0.01 to 8,
b' = 0.1 내지 30,b '= 0.1 to 30,
c' = 0 내지 4,c '= 0 to 4,
d' = 0 내지 20,d '= 0 to 20,
e' = 0 초과 20 이하,e '= greater than 0 and less than or equal to 20,
f' = 0 내지 6,f '= 0 to 6,
g' = 0 내지 15,g '= 0 to 15,
h' = 8 내지 16,h '= 8 to 16,
x', y' = 화학식 (II)에서 산소 이외의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수, 및 x ', y' = number determined by the valence and frequency of elements other than oxygen in formula (II), and
p, q = p/q 비가 0.1 내지 10인 수.p, q = number with a p / q ratio of 0.1 to 10.
특히 유리한 다금속 산화물 조성물 (II)는 Y1이 오직 비스무트인 것들이다.Particularly advantageous multimetal oxide compositions (II) are those in which Y 1 is only bismuth.
그 중에서도 하기 화학식 (III)의 것들이 더욱 바람직하다:Among them, those of the formula (III) are more preferable:
상기 식에서 변수들은 다음과 같이 정의되고:The variables in the above formula are defined as follows:
Z2 = 몰리브덴 또는 몰리브덴과 텅스텐,Z 2 = molybdenum or molybdenum and tungsten,
Z3 = 니켈 및/또는 코발트,Z 3 = nickel and / or cobalt,
Z4 = 탈륨, 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속,Z 4 = thallium, alkali metal and / or alkaline earth metal,
Z5 = 인, 비소, 붕소, 안티몬, 주석, 세륨 및/또는 납,Z 5 = phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium and / or lead,
Z6 = 규소, 알루미늄, 티탄 및/또는 지르코늄,Z 6 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
Z7 = 구리, 은 및/또는 금,Z 7 = copper, silver and / or gold,
a" = 0.1 내지 1,a "= 0.1 to 1,
b" = 0.2 내지 2,b "= 0.2 to 2,
c" = 3 내지 10, c "= 3 to 10,
d" = 0.02 내지 2,d "= 0.02 to 2,
e" = 0.01 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 3,e "= 0.01 to 5, preferably 0.1 to 3,
f" = 0 내지 5,f "= 0 to 5,
g" = 0 내지 10,g "= 0 to 10,
h" = 0 내지 1,h "= 0 to 1,
x", y" = 화학식 (III)에서 산소 이외의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수, 및 x ", y" = number determined by the valence and frequency of elements other than oxygen in formula (III), and
p", q" = p"/q" 비가 0.1 내지 5, 바람직하게는 0.5 내지 2인 수;a number having a p ", q" = p "/ q" ratio of 0.1 to 5, preferably 0.5 to 2;
그 중, Z2 b " = (텅스텐)b" 이고 Z2 12 = (몰리브덴)12인 조성물 (III)이 매우 특히 바람직하다.Among them, very particular preference is given to compositions (III) wherein Z 2 b " = (tungsten) b" and Z 2 12 = (molybdenum) 12 .
본 발명에 따라 적합한 다금속 산화물 조성물 (II)(다금속 산화물 조성물 III)에서 본 발명에 따라 적합한 다금속 산화물 조성물 (II)(다금속 산화물 조성물 III) 중 [Y1 a'Y2 b'Ox']p([Bia "Z2 b "Ox "]p")의 총 분율의 적어도 25 몰%(바람직하게는 적어도 50 몰%, 더욱 바람직하게는 적어도 100 몰%)는 그 국소적 환경으로부터 그의 상이한 화학적 조성의 결과로서 그 국소적 환경으로부터 경계가 구분되는 화학적 조성 Y1 a'Y2 b'Ox' [Bia "Z2 b "Ox "]의 3-차원 영역의 형태이며, 그 최대 직경은 1 nm 내지 100 μm인 경우가 또한 유리하다. In a multimetal oxide composition (II) (polymetal oxide composition III) suitable according to the invention [Y 1 a ' Y 2 b' O in a multimetal oxide composition (II) (polymetal oxide composition III) suitable according to the invention x ' ] p ([Bi a " Z 2 b " O x " ] p" ) at least 25 mole% (preferably at least 50 mole%, more preferably at least 100 mole%) is local The form of the three-dimensional region of the chemical composition Y 1 a ' Y 2 b' O x ' [Bi a " Z 2 b " O x " ] whose boundaries are separated from its local environment as a result of its different chemical composition from the environment It is also advantageous if the maximum diameter is 1 nm to 100 μm.
형태화에 관해서는, 다금속 산화물 (I) 촉매에 대한 언급이 다금속 산화물 (II) 촉매에도 적용된다. With regard to morphology, reference to the multimetal oxide (I) catalyst also applies to the multimetal oxide (II) catalyst.
다금속 산화물 활성 조성물 (II)의 제조는 예를 들면 EP-A 575897 및 또한 DE-A 19855913, DE-A 10344149 및 DE-A 10344264에 기재되어 있다. The preparation of the multimetal oxide active composition (II) is described for example in EP-A 575897 and also in DE-A 19855913, DE-A 10344149 and DE-A 10344264.
고정된 촉매 베드 (2)의 촉매로 적합한 활성 조성물은 공지된 바와 같이, 원소 Mo 및 V를 포함하는 다금속 산화물이다.An active composition suitable as catalyst for the fixed
본 발명에 따라 적합한 Mo 및 V를 포함하는 다금속 산화물 활성 조성물은 예를 들면 미국 US-A 3775474, US-A 3954855, US-A 3893951 및 US-A-4339355 또는 EP-A 614872 또는 EP-A 1041062, 또는 WO 03/055835 또는 WO 03/057653으로부터 얻을 수 있다. Multimetal oxide active compositions comprising Mo and V suitable according to the invention are for example described in US-A 3775474, US-A 3954855, US-A 3893951 and US-A-4339355 or EP-A 614872 or EP-A. 1041062, or WO 03/055835 or WO 03/057653.
특히 적합한 것은 또한 DE-A 10325487 및 또한 DE-A 10325488의 다금속 산화물 활성 조성물이다. Particularly suitable are also the multimetal oxide active compositions of DE-A 10325487 and also DE-A 10325488.
또한 본 발명에 따르는 방법에 적합한 고정 베드 (2) 촉매용 활성 조성물로서 특히 적합한 것은 EP-A 427 508, DE-A 2 909 671, DE-C 31 51 805, DE-B 2 626 887, DE-A 43 02 991, EP-A 700 893, EP-A 714 700 및 DE-A 19 73 6105의 다금속 산화물 조성물이다. 이러한 맥락에서 EP-A 714 700 및 DE-A 19 73 6105의 예시적 구현예가 특히 바람직하다. Also suitable as active compositions for fixed bed (2) catalysts suitable for the process according to the invention are EP-A 427 508,
상기 고정된 촉매 베드 (2)에 적합한 상기 다금속 산화물 활성 조성물의 다수는 하기 화학식 (IV)에 포함될 수 있다.Many of the multimetal oxide active compositions suitable for the fixed
상기 식에서 변수들은 다음과 같이 정의된다:The variables in the above formula are defined as follows:
X1 = W, Nb, Ta, Cr 및/또는 Ce,X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn 및/또는 Zn,X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
X3 = Sb 및/또는 Bi,X 3 = Sb and / or Bi,
X4 = 1종 이상의 알칼리 금속,X 4 = at least one alkali metal,
X5 = 1종 이상의 알칼리 토금속,X 5 = at least one alkaline earth metal,
X6 = Si, Al, Ti 및/또는 Zr,X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 내지 6,a = 1 to 6,
b = 0.2 내지 4,b = 0.2 to 4,
c = 0.5 내지 18,c = 0.5 to 18,
d = 0 내지 40,d = 0 to 40,
e = 0 내지 2,e = 0 to 2,
f = 0 내지 4, f = 0 to 4,
g = 0 내지 40, 및 g = 0 to 40, and
n = 화학식 (IV)에서 산소가 아닌 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수.]n = number determined by the valence and frequency of the element other than oxygen in formula (IV).]
활성 다금속 산화물 (IV) 중에서 바람직한 구현예는 화학식 (IV)의 변수의 다음 정의에 의해 포함되는 것들이다:Preferred embodiments of the active polymetal oxides (IV) are those covered by the following definitions of the variables of the formula (IV):
X1 = W, Nb 및/또는 Cr,X 1 = W, Nb and / or Cr,
X2 = Cu, Ni, Co 및/또는 Fe,X 2 = Cu, Ni, Co and / or Fe,
X3 = Sb,X 3 = Sb,
X4 = Na 및/또는 K,X 4 = Na and / or K,
X5 = Ca, Sr 및/또는 Ba, X 5 = Ca, Sr and / or Ba,
X6 = Si, Al 및/또는 Ti,X 6 = Si, Al and / or Ti,
a = 1.5 내지 5,a = 1.5 to 5,
b = 0.5 내지 2,b = 0.5 to 2,
c = 0.5 내지 3,c = 0.5 to 3,
d = 0 내지 2,d = 0 to 2,
e = 0 내지 0.2,e = 0 to 0.2,
f = 0 내지 1, 및 f = 0 to 1, and
n = 화학식 (IV)에서 산소가 아닌 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수.n = number determined by the valence and frequency of the element other than oxygen in formula (IV).
그러나, 본 발명에 따라서 매우 특별히 바람직한 다금속 산화물 (IV)은 하기 화학식 (V)의 것들이다.However, very particularly preferred polymetal oxides (IV) according to the invention are those of the formula (V).
상기 식에서,Where
Y1 = W 및/또는 Nb,Y 1 = W and / or Nb,
Y2 = Cu 및/또는 Ni,Y 2 = Cu and / or Ni,
Y5 = Ca 및/또는 Sr,Y 5 = Ca and / or Sr,
Y6 = Si 및/또는 Al,Y 6 = Si and / or Al,
a' = 2 내지 4,a '= 2 to 4,
b' = 1 내지 1.5,b '= 1 to 1.5,
c' = 1 내지 3,c '= 1 to 3,
f' = 0 내지 0.5,f '= 0 to 0.5,
g' = 0 내지 8, 및g '= 0 to 8, and
n' = 화학식 (V)에서 산소가 아닌 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수.n '= number determined by the valence and frequency of the element other than oxygen in formula (V).
본 발명에 따라 고정된 촉매 베드 (2)의 촉매로 적합한 다금속 산화물 활성 조성물 (IV)은 예를 들면 DE-A 4335973 또는 EP-A 714700에 개시된 것과 같이 그 자체로서 공지된 방법으로 수득가능하다. 그러나, DE-A 10 261 186의 다금속 산화물 활성 조성물이 또한 특히 적합하다. Multimetal oxide active compositions (IV) suitable as catalysts for the
원리적으로, 본 발명에 따르는 방법에 사용되는 고정된 촉매 베드 (2)로 적합한 다금속 산화물 활성 조성물, 특히 화학식 (IV)의 것들은 그들의 원소 구성 성분의 적합한 원천으로부터 그들의 화학양론에 상응하는 조성을 갖는 매우 긴밀한, 바람직하게는 미분된 건조 혼합물을 수득하고, 이를 350 내지 600℃의 온도에서 소성시킴으로써 간단한 방법으로 제조될 수 있다. 소성은 비활성 기체 하에 또는 산화성 대기, 예를 들면 공기 (비활성 기체와 산소의 혼합물) 하에, 및 또한 환원성 대기 하에 (예를 들면 비활성 기체와 H2, NH3, CO, 메탄 및/또는 아크롤레인 등의 환원성 기체 또는 그 자체로서 언급되는 환원성 기체의 혼합물) 수행될 수 있다. 소성 시간은 수 분에서 수 시간일 수 있고 전형적으로 온도에 따라 감소한다. 상기 다금속 산화물 활성 조성물 (IV)의 원소 구성성분을 위한 유용한 원천은 이미 산화물인 화합물들 및/또는 적어도 산소의 존재 하에 가열에 의해 산화물로 변환될 수 있는 화합물들을 포함한다. In principle, multimetal oxide active compositions suitable as fixed catalyst beds (2) for use in the process according to the invention, in particular those of formula (IV), have a composition corresponding to their stoichiometry from a suitable source of their elemental constituents It can be prepared in a simple manner by obtaining a very dense, preferably finely divided dry mixture and firing it at a temperature of 350 to 600 ° C. Firing is carried out under inert gas or under an oxidizing atmosphere, for example air (a mixture of inert gas and oxygen), and also under a reducing atmosphere (for example with inert gas and H 2 , NH 3 , CO, methane and / or acrolein, etc.). Reducing gas or a mixture of reducing gases referred to as such). The firing time can be from several minutes to several hours and typically decreases with temperature. Useful sources for the elemental constituents of the multimetal oxide active composition (IV) include compounds that are already oxides and / or compounds which can be converted to oxides by heating in the presence of at least oxygen.
다금속 산화물 조성물(IV)을 제조하기 위한 출발 화합물은 건조 또는 습윤 형태로 긴밀하게 혼합될 수 있다. 이들이 건조 형태로 혼합되는 경우, 상기 출발 화합물은 미분된 분말로서 유리하게 사용되어 혼합 및 선택적 압축 후에 소성된다. 그러나, 습윤 형태로 긴밀하게 혼합하는 것이 바람직하다. The starting compounds for preparing the multimetal oxide composition (IV) can be mixed closely in dry or wet form. When they are mixed in dry form, the starting compounds are advantageously used as finely divided powders which are calcined after mixing and selective compaction. However, it is desirable to mix closely in wet form.
이는 상기 출발 화합물을 수용액 및/또는 현탁액의 형태로 혼합함으로써 전형적으로 수행된다. 특히 긴밀한 건조 혼합물은 상기 출발 물질이 오직 용해된 형태의 원소상 성분의 원천일 경우에만 기재된 혼합 공정에서 수득된다. 사용되는 용매는 바람직하게는 물이다. 이어서, 수득된 수성 조성물을 건조시키며, 상기 건조 공정은 100 내지 150℃의 출구 온도에서 수성 혼합물을 분무-건조함으로써 바람직하게 수행된다. This is typically done by mixing the starting compounds in the form of aqueous solutions and / or suspensions. Particularly close dry mixtures are obtained in the mixing process described only if the starting materials are only sources of elemental components in dissolved form. The solvent used is preferably water. The aqueous composition obtained is then dried and the drying process is preferably carried out by spray-drying the aqueous mixture at an outlet temperature of 100 to 150 ° C.
본 발명에 따르는 방법에 사용되는 고정된 베드 (2) 촉매를 위해 적합한 다금속 산화물 활성 조성물, 특히 화학식 (IV)의 것들은 본 발명에 따르는 방법을 위해 분말 형태로 사용되거나 특정의 촉매 기하학으로 형태화될 수 있으며, 상기 형태화는 최종 소성의 전 또는 후에 수행될 수 있다. 예를 들면, 선택적으로는, 예를 들면 윤활제로서의 흑연 또는 스테아르산 및/또는 미세섬유의 유리, 석면, 탄화 규소 또는 티탄산 칼륨과 같은 형태화 보조제 및 보강재와 같은 보조제의 첨가와 함께 원하는 촉매 기하학으로 압축함으로써(예를 들면 정제화 또는 압출에 의해), 지지되지 않은 촉매가 활성 조성물의 분말 형태 또는 그 소성되지 않은 전구체 조성물로부터 제조될 수 있다. 적합한 지지되지 않은 촉매 기하학은 2 내지 10 mm의 외경 및 길이를 갖는 고형 실린더 또는 중공 실린더이다. 중공 실린더의 경우, 1 내지 3 mm의 벽 두께가 유리하다. 상기 지지되지 않은 촉매는 또한 구형의 기하학을 가질 수 있고 구의 직경은 2 내지 10 mm일 수 있음이 잘 인식될 것이다. Suitable multimetal oxide active compositions for fixed bed (2) catalysts used in the process according to the invention, in particular those of the formula (IV), are used in powder form or shaped into specific catalyst geometries for the process according to the invention. The shaping can be done before or after the final firing. For example, optionally with the addition of auxiliaries such as reinforcing agents and shaping aids such as glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate and graphite or stearic acid and / or microfibers as lubricants, for example, By compaction (for example by tableting or extrusion), unsupported catalyst can be prepared in powder form of the active composition or from its unbaked precursor composition. Suitable unsupported catalyst geometries are solid cylinders or hollow cylinders with an outer diameter and length of 2 to 10 mm. For hollow cylinders a wall thickness of 1 to 3 mm is advantageous. It will be appreciated that the unsupported catalyst can also have a spherical geometry and the diameter of the sphere can be 2 to 10 mm.
소성될 분말상의 활성 조성물 또는 그의 분말상 전구체 조성물은 또한 미리 형상화된 비활성 촉매 지지체에 적용함으로써 형태화될 수도 있음이 잘 인식될 것이다. 피복된 촉매를 제조하기 위한 지지 몸체의 피복은 DE-A 2909671, EP-A 293859 또는 EP-A 714700에 의해 개시된 바와 같은 적합한 회전식 용기에서 일반적으로 수행된다.It will be appreciated that the powdered active composition or powdered precursor composition thereof to be calcined may also be shaped by application to a preformed inert catalyst support. The coating of the support body for producing the coated catalyst is generally carried out in a suitable rotary vessel as disclosed by DE-A 2909671, EP-A 293859 or EP-A 714700.
상기 지지 몸체를 피복하기 위해, 적용되는 분말 조성물을 적절하게 적시고 적용 후 예를 들면 고온의 공기에 의해 다시 건조시킨다. 상기 지지 몸체에 적용되는 분말 조성물의 피복 두께는 10 내지 1000 μm의 범위 내, 바람직하게는 50 내지 500 μm의 범위 내, 더욱 바람직하게는 150 내지 250 μm의 범위 내에서 유리하게 선택된다. To cover the support body, the powder composition to be applied is appropriately wetted and dried again, for example by hot air, after application. The coating thickness of the powder composition applied to the support body is advantageously selected in the range of 10 to 1000 μm, preferably in the range of 50 to 500 μm, more preferably in the range of 150 to 250 μm.
유용한 지지체 재료는 통상의 다공성 또는 비다공성 산화 알루미늄, 이산화 규소, 이산화 토륨, 이산화 지르콘, 탄화 규소 또는 규산 마그네슘 또는 규산 알루미늄과 같은 규산염이다. 지지 몸체는 규칙적이거나 불규칙한 형태를 가질 수 있지만, 구별되는 표면 조도를 갖는, 예를 들면 구 또는 중공 실린더와 같은 규칙적인 형태를 갖는 지지 몸체가 바람직하다. 직경이 1 내지 8 mm, 바람직하게는 4 내지 5 mm인 동석(steatite)으로 만들어진 실질적으로 비다공성의 표면-조도화된 구 형 지지체가 사용하기 적합하다. 그러나, 적합한 지지 몸체는 또한 길이가 2 내지 10 mm이고 외경이 4 내지 10 mm인 실린더를 포함한다. 지지 몸체로서 본 발명에 따라 적합한 고리의 경우, 벽 두께는 또한 전형적으로 1 내지 4 mm이다. 본 발명에 따라 바람직하게 사용되는 환상의 지지 몸체는 3 내지 6 mm의 길이, 4 내지 8 mm의 외경 및 1 내지 2 mm의 벽 두께를 갖는다. 본 발명에 따라 적합한 지지 몸체는 또한 특별히 7 mm x 3 mm x 4 mm (외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 고리이다. 상기 지지 몸체의 표면에 적용되는 촉매 활성인 산화물 조성물의 미세도는 원하는 피복 두께에 적응됨이 잘 인식될 것이다 (참고 EP-A 714 700).Useful support materials are conventional porous or nonporous aluminum oxide, silicon dioxide, thorium dioxide, zircon dioxide, silicon carbide or silicates such as magnesium silicate or aluminum silicate. The support body may have a regular or irregular shape, but a support body having a regular shape, for example a sphere or a hollow cylinder, with distinct surface roughness is preferred. Substantially nonporous surface-roughened spherical supports made of steatite having a diameter of 1 to 8 mm, preferably 4 to 5 mm are suitable for use. However, suitable support bodies also include cylinders having a length of 2 to 10 mm and an outer diameter of 4 to 10 mm. For rings suitable according to the invention as support bodies, the wall thickness is also typically 1 to 4 mm. The annular support body preferably used according to the invention has a length of 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Suitable support bodies according to the invention are also rings having a geometry of 7 mm x 3 mm x 4 mm (outer diameter x length x inner diameter). It will be appreciated that the fineness of the catalytically active oxide composition applied to the surface of the support body is adapted to the desired coating thickness (see EP-A 714 700).
본 발명에 따르는 방법에 적합한 고정된 베드 (2) 촉매용으로 사용되는 유리한 다금속 산화물 활성 조성물은 또한 하기 화학식 (VI)의 조성물이다:Advantageous multimetal oxide active compositions used for fixed bed (2) catalysts suitable for the process according to the invention are also compositions of the formula (VI):
[상기 식에서 변수들은 다음과 같이 정의되고:In the above formula, the variables are defined as follows:
(D = Mo12Va "Z1 b "Z2 c "Z3 d "Z4 e "Z5 f "Z6 g "Ox ",(D = Mo 12 V a " Z 1 b " Z 2 c " Z 3 d " Z 4 e " Z 5 f " Z 6 g " O x " ,
E = Z7 12Cuh "Hi "Oy ",E = Z 7 12 Cu h " H i " O y " ,
Z1 = W, Nb, Ta, Cr 및/또는 Ce,Z 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
Z2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn 및/또는 Zn,Z 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
Z3 = Sb 및/또는 Bi,Z 3 = Sb and / or Bi,
Z4 = Li, Na, K, Rb, Cs 및/또는 H,Z 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H,
Z5 = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba,Z 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba,
Z6 = Si, Al, Ti 및/또는 Zr,Z 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
Z7 = Mo, W, V, Nb 및/또는 Ta,Z 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta,
a" = 1 내지 8,a "= 1 to 8,
b" = 0.2 내지 5,b "= 0.2 to 5,
c" = 0 내지 23,c "= 0 to 23,
d" = 0 내지 50,d "= 0 to 50,
e" = 0 내지 2,e "= 0 to 2,
f" = 0 내지 5,f "= 0 to 5,
g" = 0 내지 50,g "= 0 to 50,
h" = 4 내지 30,h "= 4 to 30,
i" = 0 내지 20, i "= 0 to 20,
x", y" = 화학식 (VI)에서 산소가 아닌 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수, 그리고x ", y" = number determined by the valence and frequency of the element other than oxygen in formula (VI), and
p, q = p/q 비가 160:1 내지 1:1인 0이 아닌 수);p, q = nonzero number with a p / q ratio of 160: 1 to 1: 1;
다금속 산화물 조성물 E를 미분된 형태로 별도로 미리 형성하고 (출발 조성 물 1),The multimetal oxide composition E is previously formed separately in finely divided form (starting composition 1),
이어서 상기 미리 형성된 고체 출발 조성물 (1)을, 원소 Mo, V, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6가 하기 화학식 (D)의 화학양론으로 포함되는, 상기 원소들의 원천의 수용액, 수성 현탁액 또는 미분된 건조 혼합물 (출발 조성물 2) 내로 원하는 p:q 비로 도입하고:Subsequently, the preformed solid starting composition (1) of the above elements, wherein the elements Mo, V, Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 5 , Z 6 are included by stoichiometry of the formula (D) Into a source of aqueous solution, aqueous suspension or finely divided dry mixture (starting composition 2) at a desired p: q ratio:
결과로 생성되는 수성 혼합물을 건조시키고, 상기 수득되는 건조한 전구체 조성물을 건조시키기 전 또는 후에 250 내지 600℃의 온도에서 소성시켜 원하는 촉매 기하학을 가지게 함으로써 수득가능하다.]Obtainable by drying the resulting aqueous mixture and firing at a temperature of 250 to 600 ° C. before or after drying the resulting dried precursor composition.]
예비형성된 고체 출발 조성물 (1)이 70℃ 미만의 온도에서 수성 출발 조성물(2) 내에 도입되는 다금속 산화물 활성 조성물 (VI)이 바람직하다. 다금속 산화물 조성물 (III) 촉매의 제조에 관한 상세한 기재가 예를 들면 EP-A 668104, DE-A 19736105 및 DE-A 19528646에 포함되어 있다. Preference is given to the multimetal oxide active composition (VI) in which the preformed solid starting composition (1) is introduced into the aqueous starting composition (2) at a temperature below 70 ° C. Detailed descriptions concerning the preparation of multimetal oxide composition (III) catalysts are included, for example, in EP-A 668104, DE-A 19736105 and DE-A 19528646.
형태화에 관해서는 다금속 산화물 (IV) 촉매에 관한 언급이 다금속 산화물 활성 조성물 (VI) 촉매에 대해서도 적용된다. With regard to morphology, references to multimetal oxide (IV) catalysts also apply to multimetal oxide active composition (VI) catalysts.
본 발명에 따르는 방법의 고정된 촉매 베드 (2)를 위한 유리한 다금속 산화물 활성 조성물은 또한 하기 화학식 (VII)의 다원소 산화물 활성 조성물이다:Advantageous multimetal oxide active compositions for the fixed catalyst bed (2) of the process according to the invention are also multielement oxide active compositions of the formula (VII):
상기 식에서 변수들은 각각 다음과 같이 정의되며:The variables in the above formula are each defined as follows:
A = Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOx,A = Mo 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O x ,
B = X1 7CuhHiOy,B = X 1 7 Cu h H i O y ,
C = X1 8SbjHkOz,C = X 1 8 Sb j H k O z ,
X1 = W, Nb, Ta, Cr 및/또는 Ce, 바람직하게는 W, Nb 및/또는 Cr,X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce, preferably W, Nb and / or Cr,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn 및/또는 Zn, 바람직하게는 Cu, Ni, Co 및/또는 Fe,X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn, preferably Cu, Ni, Co and / or Fe,
X3 = Sb 및/또는 Bi, 바람직하게는 Sb, X 3 = Sb and / or Bi, preferably Sb,
X4 = Li, Na, K, Rb, Cs 및/또는 H, 바람직하게는 Na 및/또는 K,X 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H, preferably Na and / or K,
X5 = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, 바람직하게는 Ca, Sr 및/또는 Ba,X 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Ca, Sr and / or Ba,
X6 = Si, Al, Ti 및/또는 Zr, 바람직하게는 Si, Al 및/또는 Ti,X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr, preferably Si, Al and / or Ti,
X7 = Mo, W, V, Nb 및/또는 Ta, 바람직하게는 Mo 및/또는 W, X 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta, preferably Mo and / or W,
X8 = Cu, Ni, Zn, Co, Fe, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, 바람직하게는 Cu 및/또는 Zn, 더욱 바람직하게는 Cu,X 8 = Cu, Ni, Zn, Co, Fe, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Cu and / or Zn, more preferably Cu,
a = 1 내지 8, 바람직하게는 2 내지 6,a = 1 to 8, preferably 2 to 6,
b = 0.2 내지 5, 바람직하게는 0.5 내지 2.5,b = 0.2 to 5, preferably 0.5 to 2.5,
c = 0 내지 23, 바람직하게는 0 내지 4,c = 0 to 23, preferably 0 to 4,
d = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 3,d = 0 to 50, preferably 0 to 3,
e = 0 내지 2, 바람직하게는 0 내지 0.3,e = 0 to 2, preferably 0 to 0.3,
f = 0 내지 5, 바람직하게는 0 내지 2,f = 0 to 5, preferably 0 to 2,
g = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20,g = 0 to 50, preferably 0 to 20,
h = 0.3 내지 2.5, 바람직하게는 0.5 내지 2, 더욱 바람직하게는 0.75 내지 1.5,h = 0.3 to 2.5, preferably 0.5 to 2, more preferably 0.75 to 1.5,
i = 0 내지 2, 바람직하게는 0 내지 1,i = 0 to 2, preferably 0 to 1,
j = 0.1 내지 50, 바람직하게는 0.2 내지 20, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 5,j = 0.1 to 50, preferably 0.2 to 20, more preferably 0.2 to 5,
k = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20, 더욱 바람직하게는 0 내지 12,k = 0 to 50, preferably 0 to 20, more preferably 0 to 12,
x, y, z = A, B, C 중 산소 이외의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수,x, y, z = a number determined by the valence and frequency of elements other than oxygen among A, B, and C,
p, q = 양수,p, q = positive number,
r = 0 또는 양수, 바람직하게는 양수, 여기에서 p/(q+r) 비는 20:1 내지 1:20, 바람직하게는 5:1 내지 1:14이고, 더욱 바람직하게는 2:1 내지 1:8이며, r이 양수일 경우, q/r 비 = 20:1 내지 1:20, 바람직하게는 4:1 내지 1:4, 더욱 바람직하게는 2:1 내지 1:2, 가장 바람직하게는 1:1이고;r = 0 or positive, preferably positive, where the p / (q + r) ratio is 20: 1 to 1:20, preferably 5: 1 to 1:14, and more preferably 2: 1 to 1: 8, where r is positive, q / r ratio = 20: 1 to 1:20, preferably 4: 1 to 1: 4, more preferably 2: 1 to 1: 2, most preferably 1: 1;
하기 화학적 조성의 3-차원 영역 (상) A의 형태로 분획 [A]p:Fraction [A] p in the form of a three-dimensional region (phase) A of the following chemical composition:
A : Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOx,A: Mo 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O x ,
하기 화학적 조성의 3-차원 영역 (상) B의 형태로 분획 [B]q:Fraction [B] q in the form of a three-dimensional region (phase) B of the following chemical composition:
B : X1 7CuhHiOy 및B: X 1 7 Cu h H i O y and
하기 화학적 조성의 3-차원 영역 (상) C의 형태로 분획 [C]r을 함유하며;Contains fraction [C] r in the form of a three-dimensional region (phase) C of the following chemical composition;
C: X1 8SbjHkOz C: X 1 8 Sb j H k O z
여기에서 영역 A, B 및, 존재할 경우 C는 미분된 A, 미분된 B 및 존재할 경우 미분된 C의 혼합물로서 서로에 대하여 상대적으로 분포되어 있고, 모든 변수는 소정의 범위 내에서 선택되어야 하며, 단, 다원소 산화물 활성 조성물 (VII)의 산소를 제외한 모든 원소의 총량 중 원소 Mo의 몰 분획이 20 몰% 내지 80%이고, 상기 촉매 활성인 다원소 산화물 조성물 (VII)에 존재하는 Mo의 몰 비 대 촉매 활성 다원소 산화물 조성물 (VII)에 존재하는 V의 몰비, Mo/V가 15:1 내지 1:1이며, 상응하는 Mo/Cu 몰비가 30:1 내지 1:3이고 상응하는 Mo/(W 및 Nb의 총량)의 몰 비가 80:1 내지 1:4이다.Wherein regions A, B and, if present, C are distributed relative to each other as a mixture of finely divided A, finely divided B and, if present, finely divided, and all variables must be selected within a predetermined range, provided that And the molar ratio of Mo in the total amount of all elements except oxygen in the multielement oxide active composition (VII) is 20 mol% to 80% and is present in the catalytically active multielement oxide composition (VII). Molar ratio of V present in the catalytically active multielement oxide composition (VII), Mo / V, is 15: 1 to 1: 1, and the corresponding Mo / Cu molar ratio is 30: 1 to 1: 3, and the corresponding Mo / ( Molar ratio of the total amount of W and Nb) is from 80: 1 to 1: 4.
바람직한 다원소 산화물 활성 조성물 (VII)은 영역 A가 하기 화학식 (VIII)의 화학양론적 유형 내에 있는 조성을 갖는 것들이다:Preferred multielement oxide active compositions (VII) are those having a composition in which region A is within the stoichiometric type of formula (VIII):
상기 식에서,Where
X1 = W 및/또는 Nb,X 1 = W and / or Nb,
X2 = Cu 및/또는 Ni,X 2 = Cu and / or Ni,
X5 = Ca 및/또는 Sr,X 5 = Ca and / or Sr,
X6 = Si 및/또는 Al, X 6 = Si and / or Al,
a = 2 내지 6,a = 2 to 6,
b = 1 내지 2,b = 1 to 2,
c = 1 내지 3,c = 1 to 3,
f = 0 내지 0.75,f = 0 to 0.75,
g = 0 내지 10, 및g = 0 to 10, and
x = 화학식 (VIII)에서 산소 이외의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해 결정되는 수.x = number determined by the valence and frequency of elements other than oxygen in formula (VIII).
다원소 산화물 활성 조성물 (VIII)와 관련하여 사용되는 "상(phase)"이라는 용어는 그 화학적 조성이 그 주위의 조성과 다른 3-차원 영역을 의미한다. 그 상 은 반드시 x-선-균질일 필요는 없다. 일반적으로, 상 A는 상 B 및 존재할 경우 C의 입자가 분산되어 있는 연속 상을 형성한다.The term "phase" as used in connection with a multielement oxide active composition (VIII) means a three-dimensional region whose chemical composition differs from the composition around it. The phase need not necessarily be x-ray-homogeneous. In general, phase A forms a continuous phase in which particles of phase B and, if present, C are dispersed.
미분된 상 B 및 존재할 경우 C는 가장 큰 직경, 즉 입자의 중심을 통과하여 입자의 표면 상의 두 점을 연결하는 가장 긴 선이 300 μm 이하, 바람직하게는 0.1 내지 200 μm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 50 μm, 가장 바람직하게는 1 내지 30 μm인 입자들로 유리하게 구성된다. 그러나, 10 내지 80 μm 또는 75 내지 125 μm의 가장 긴 직경을 갖는 입자도 적합하다. Finely divided phase B and C, if present, have the largest diameter, i.e. the longest line connecting the two points on the surface of the particle through the center of the particle, no greater than 300 μm, preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 0.5 It is advantageously composed of particles which are from 50 μm, most preferably 1 to 30 μm. However, particles having the longest diameter of 10 to 80 μm or 75 to 125 μm are also suitable.
원리적으로, 상 A, B 및 존재할 경우 C는 다원소 산화물 활성 조성물 (VII)에서 무정형 및/또는 결정성 형태일 수 있다.In principle, phases A, B and C, if present, may be in amorphous and / or crystalline form in the multielement oxide active composition (VII).
일반식 (VII)의 다원소 산화물 활성 조성물이 기초로 하며 이어서 열적으로 처리되어 그들을 활성 조성물로 변화시키는 긴밀한 건조 혼합물은 예를 들면 문서 WO 02/24327, DE-A 4405514, DE-A 4440891, DE-A 19528646, DE-A 19740493, EP-A 756894, DE-A 19815280, DE-A 19815278, EP-A 774297, DE-A 19815281, EP-A 668104 및 DE-A 19736105에 기재된 바와 같이 수득될 수 있다. Tight dry mixtures on which the multi-element oxide active compositions of general formula (VII) are based and subsequently thermally converted to the active compositions are described, for example, in documents WO 02/24327, DE-A 4405514, DE-A 4440891, DE -A 19528646, DE-A 19740493, EP-A 756894, DE-A 19815280, DE-A 19815278, EP-A 774297, DE-A 19815281, EP-A 668104 and DE-A 19736105 have.
그 열처리가 화학식 (VII)의 다원소 산화물 활성 조성물을 초래하는 긴밀한 건조 혼합물을 제조하는 기본 원리는 출발 조성물 (1)로서 적어도 1종의 다원소 산화물 조성물 B (X1 7CuhHiOy) 및, 적절하다면 출발 조성물 (2)로서 적어도 1종의 다원소 산화물 조성물 C (X1 8SbjHkOz)를 별도로 또는 한데 조합하여 미분된 형태로 예비형성하고, 이어서 상기 출발 조성물 (1)과 적절하다면 출발 조성물 (2)를 다원소 산화물 조성물 A의 원소 구성성분의 원천을 포함하는 혼합물과 원하는 비(화학식 VII에 해당하는)로, 화학양론 A에 해당하는 조성으로 긴밀하게 접촉시키고 선택적으로 상기 수득되는 긴밀한 혼합물을 건조시키는 것이다.The basic principle for producing a tight dry mixture in which the heat treatment results in a multi-element oxide active composition of formula (VII) is as starting composition (1) at least one multi-element oxide composition B (X 1 7 Cu h H i O y ) And, if appropriate, at least one multielement oxide composition C (X 1 8 Sb j H k O z ) as starting composition (2), separately or in combination, preformed in finely divided form, and then starting composition ( 1) and, if appropriate, the starting composition (2) in intimate contact with the mixture comprising the source of the elemental constituents of the multi-element oxide composition A at the desired ratio (corresponding to formula VII), in a composition corresponding to stoichiometry A Optionally drying the intimate mixture obtained.
상기 출발 조성물 (1) 및, 적절하다면, 출발 조성물 (2)를 다금속 산화물 조성물 A(출발 조성물 3)의 원소 구성성분의 원천을 포함하는 혼합물과 긴밀하게 접촉시키는 것은 건조 또는 습윤 형태에서 수행될 수 있다. 후자의 경우, 단지 예비형성된 상 (결정자) B 및, 적절하다면, C가 용액 내로 들어가지 않도록 주의를 기울여야 한다. 수성 매질에서, 후자는 7에서 지나치게 벗어나지 않는 pH 값 및 지나치게 높지 않은 온도에서 통상적으로 보장된다. 긴밀한 접촉이 습윤 형태로 수행될 경우, 통상적으로 최종 건조단계가 있어 본 발명에 따라 열 처리될 긴밀한 건조 혼합물을 수득한다 (예를 들면 분무-건조). 건조 혼합의 경우, 상기 건조한 덩어리가 자동적으로 수득된다. 미분된 형태로 예비형성된 상 B 및, 적절하다면 C는, DE-A 10046928에 의해 권장된 바와 같이, 다금속 산화물 조성물 A의 원소 구성성분의 원천을 포함하는 가소적으로 재형태화가능한 혼합물 내에 도입될 수도 있음이 잘 인식될 것이다. 출발 조성물 (1) 및, 적절하다면 출발 조성물 (2)의 성분과 다원소 산화물 조성물 A(출발 조성물 3)의 원천과의 긴밀한 접촉은 DE-A 19815281에 기재된 바와 같이 수행될 수도 있음은 물론이다. Intimate contact of the starting composition (1) and, if appropriate, the starting composition (2) with a mixture comprising a source of elemental constituents of the multimetal oxide composition A (starting composition 3) may be carried out in dry or wet form. Can be. In the latter case, care should be taken not to enter the preformed phase (crystallite) B and, if appropriate, C into the solution. In aqueous media, the latter is usually guaranteed at pH values that do not deviate too much from 7 and temperatures that are not too high. If intimate contact is carried out in wet form, there is usually a final drying step to obtain a tight dry mixture to be heat treated according to the invention (eg spray-drying). In the case of dry mixing, the dry mass is automatically obtained. Phase B, preformed in finely divided form, and, if appropriate, C, are to be introduced into a plastically reformable mixture comprising a source of elemental constituents of multimetal oxide composition A, as recommended by DE-A 10046928. It will be appreciated that it may. It is of course possible that intimate contact of the starting composition (1) and, if appropriate, the components of the starting composition (2) with the source of the multielement oxide composition A (starting composition 3) may be carried out as described in DE-A 19815281.
활성 조성물을 수득하기 위한 열 처리 및 형태화는 다금속 산화물 활성 조성물 (IV 내지 VI)에 대하여 기재된 바와 같이 수행될 수 있다.Heat treatment and shaping to obtain the active composition can be performed as described for the multimetal oxide active compositions (IV to VI).
대단히 일반적으로, 다금속 산화물 활성 조성물(IV 내지 VII) 촉매는 DE-A 10 325 487 또는 DE-A 10 325 488의 기재에 따라 유리하게 제조될 수 있다. Very generally, multimetal oxide active compositions (IV to VII) catalysts can be advantageously prepared according to the description of
프로펜을 아크롤레인으로 변화시키는 본 발명에 따르는 방법의 첫 번째 반응 단계는 가장 간단한 방법으로 응용의 관점에서 적절하게는, 예를 들면 EP-A 700 714 또는 DE-A 4 431 949 또는 WO 03/057653 또는 WO 03/055835, 또는 WO 03/059857 또는 WO 03/076373에 기재된 바와 같은 고정된 베드 (1) 촉매가 충진된 관 다발 반응기(tube bundle reactor)에서 상기 고정된 촉매 베드 (1)에 관하여 기재된 촉매를 가지고 수행될 수 있다.The first reaction step of the process according to the invention for converting propene to acrolein is, in the simplest way, suitably in terms of application, for example EP-A 700 714 or DE-A 4 431 949 or WO 03/057653. Or described in relation to the fixed catalyst bed (1) in a tube bundle reactor packed with a fixed bed (1) catalyst as described in WO 03/055835, or WO 03/059857 or WO 03/076373. It can be carried out with a catalyst.
달리 말하면, 가장 간단한 방법으로, 본 발명에 따르는 방법에 사용되는 고정된 촉매 베드 (1)는 관 다발 반응기의 균일하게 충진된 금속 관에 배치되고, 일반적으로 염 용융물인 가열 매질(1-영역 방법)이 상기 금속 관의 주위에 통과한다. 상기 염 용융물(가열 매질) 및 반응 기체 혼합물은 단순히 같은 흐름 또는 반대 흐름으로 통과할 수 있다. 그러나, 가열 매질(염 용융물)은 반응기에 걸쳐서 볼 때 굽이치는 방식으로 상기 관 다발 주위를 통과하여, 전체 반응기에 걸쳐서 볼 때만 상기 반응 기체 혼합물의 유동 방향에 같은 흐름 또는 반대 흐름이 존재할 수도 있다. 상기 가열 매질(열 교환 매질)의 부피 유량은 전형적으로, 반응기로 들어가는 입구 지점에서 반응기로부터의 출구 지점까지 상기 열 교환 매질의 온도 상승(반응 의 발열성으로 인해 생기는)이 0 내지 10℃, 빈번하게는 2 내지 8℃, 종종 3 내지 6℃이도록 한다. 상기 열 교환 매질의 관 다발 반응기로 들어가는 입구 온도(본 문서에서, 이는 고정된 촉매 베드 (1)의 온도에 해당함)는 일반적으로 250 내지 450℃, 빈번하게는 300 내지 400℃ 또는 300 내지 380℃이다. 적합한 열 교환 매질은 특히 유체 가열 매질이다. 질산 칼륨, 아질산 칼륨, 아질산 나트륨 및/또는 질산 나트륨과 같은 염의 용융물, 또는 나트륨, 수은과 같은 저-용융 금속 및 또한 상이한 금속의 합금을 사용하는 것이 특히 적절하다. 이온성 액체가 사용될 수도 있다.In other words, in the simplest way, the fixed
적절하게는, 원하는 반응 온도로 예열된 고정된 촉매 베드의 충진물에 상기 반응 기체 혼합물 (1)을 공급한다. Suitably, the reaction gas mixture (1) is fed to a fill of a fixed catalyst bed preheated to the desired reaction temperature.
특히, 원하는 높은 (예를 들면 140 l (STP)/l?h 이상 또는 160 l (STP)/l?h 이상이지만 일반적으로 600 l (STP)/l?h 이하) 프로펜의 고정된 촉매 베드 상에서의 최종 시간 당 공간 속도의 경우, 본 발명에 따르는 방법은 2-영역 또는 다영역 관 다발 반응기에서 적절하게 수행된다 (그러나, 이를 1-영역 관 다발 반응기에서 수행하는 것도 마찬가지로 가능하다). 본 발명에 따라서 상기 목적으로 사용될 수 있는 2-영역 관 다발 반응기의 바람직한 변형은 DE-C 2830765에 의해 개시되어 있다. 그러나, DE-C 2513405, US-A 3147084, DE-A 2201528, EP-A 383224 및 DE-A 2903582에 개시된 2-영역 관 다발 반응기가 또한 적합하다. 또 다른 공정 명세가 EP-A 1106598에 기재되어 있다.In particular, a fixed catalyst bed of propene of desired high (e.g., at least 140 l (STP) / l? H or at least 160 l (STP) / l? H but generally less than 600 l (STP) / l? H) For the final hourly space velocity in the bed, the process according to the invention is suitably carried out in a two-zone or multizone tube bundle reactor (but it is likewise possible to carry it out in a one-zone tube bundle reactor). A preferred variant of a two-zone tube bundle reactor that can be used for this purpose according to the invention is disclosed by DE-C 2830765. However, the two-zone tube bundle reactors disclosed in DE-C 2513405, US-A 3147084, DE-A 2201528, EP-A 383224 and DE-A 2903582 are also suitable. Another process specification is described in EP-A 1106598.
달리 말하면, 가장 간단한 방식으로, 본 발명에 따라 사용될 고정된 촉매 베 드 (1)가 관 다발 반응기의 균일하게 충진된 금속 관에 배치되고, 2종의 실질적으로 공간적으로 떨어진 가열 매질, 일반적으로 염 용융물이 상기 금속 관의 주위를 통과한다. 그에 걸쳐 특정 염욕(salt bath)이 연장되는 관의 부분이 반응 영역을 나타낸다.In other words, in the simplest manner, a fixed catalyst bed (1) to be used according to the invention is arranged in a uniformly filled metal tube of a tube bundle reactor, and two substantially spatially separated heating media, generally salt Melt passes around the metal tube. The portion of the tube through which the particular salt bath extends represents the reaction zone.
예를 들면, 염욕 A는, 40 내지 80 몰% 범위의 변환율 값이 수득될 때까지 프로펜의 산화적 변환 (1회 통과에서)이 진행되는 관의 부분 (반응 영역 A) 주위를 바람직하게 흐르며, 염욕 B는 일반적으로 93 몰% 이상의 변환율 값이 수득될 때까지 이어지는 프로펜의 산화적 변환(1회 통과에서)이 진행되는 관의 부분(반응 영역 B) 주위를 바람직하게 흐른다 (필요하다면, 반응 영역 A, B는 개별적인 온도로 유지되는 추가의 반응 영역에 이어질 수 있다). For example, salt bath A preferably flows around a portion of the tube (reaction zone A) where the oxidative conversion of propene (in one pass) proceeds until conversion values ranging from 40 to 80 mole% are obtained. The salt bath, B, generally flows preferably around the portion of the tube (reaction zone B) where the oxidative conversion of propene (in one pass) is followed until a conversion value of at least 93 mol% is obtained (if necessary, Reaction zones A, B can be followed by additional reaction zones maintained at separate temperatures).
특정 온도 영역 내에서, 염욕은 원리적으로 1-영역 방법으로 통과된다. 염욕 B의 입구 온도는 통상적으로 염욕 A의 온도보다 5 내지 10℃ 이상 높다. 그렇지 않으면, 상기 입구 온도는 1-영역 방법에 대하여 권장된 입구 온도의 온도 범위 내에 있을 수 있다. Within a certain temperature range, the salt bath is in principle passed in a one-zone method. The inlet temperature of the salt bath B is usually 5 to 10 ° C. or more higher than the temperature of the salt bath A. Otherwise, the inlet temperature may be within the temperature range of the inlet temperature recommended for the one-zone method.
그렇지 않으면, 2-영역 고-부하 방법이 예를 들면 DE-A 10308836, EP-A 1106598에 기재된 바와 같이, 또는 WO 01/36364 또는 DE-A 19927624 또는 DE-A 19948523, DE-A 10313210, DE-A 10313213에 기재된 것과 같이 또는 DE-A 19948248에 기재된 것과 같이 수행될 수 있다. Otherwise, the two-zone high-load method is described, for example, as described in DE-A 10308836, EP-A 1106598, or WO 01/36364 or DE-A 19927624 or DE-A 19948523, DE-A 10313210, DE As described in -A 10313213 or as described in DE-A 19948248.
따라서, 본 발명에 따르는 방법은 70 l (STP)/l?h 이상, 90 l (STP)/l?h 이상, 110 l (STP)/l?h 이상, 130 l (STP)/l?h 이상, 140 l (STP)/l?h 이상, 160 l (STP)/l?h 이상, 180 l (STP)/l?h 이상, 240 l (STP)/l?h 이상, 300 l (STP)/l?h 이상이지만 통상적으로 600 l (STP)/l?h 이하의 고정된 촉매 베드 (1) 상의 프로펜 시간 당 공간 속도에 적합하다. 여기에서 (즉, 일반적으로 본 문서에서 프로펜 시간 당 공간 속도의 경우), 본 문서의 표준과는 별도로, 상기 시간 당 공간 속도는 비활성 물질로만 이루어진 임의의 사용되는 부분을 제외한 고정된 촉매 베드 (1)의 부피를 기준으로 한다.Thus, the process according to the invention comprises at least 70 l (STP) / l? H, at least 90 l (STP) / l? H, at least 110 l (STP) / l? H, at least 130 l (STP) / l? H 140 l (STP) / l? H or more, 160 l (STP) / l? H or more, 180 l (STP) / l? H or more, 240 l (STP) / l? H or more, 300 l (STP Suitable for propene hourly space velocity on a fixed catalyst bed (1) of at least) / l? h but typically up to 600 l (STP) / l? h. Here (ie, generally in the case of propene hourly space velocity in this document), apart from the standards in this document, the hourly space velocity is a fixed catalyst bed (except for any used parts consisting only of inert materials) Based on the volume of 1).
고정된 촉매 베드 (1)를 제조하기 위해, 본 발명에 따르는 방법에서 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 적절한 형태화된 촉매 몸체만을 사용하거나, 그렇지 않으면 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 형태화된 촉매 몸체 및 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화에 대하여 실질적으로 비활성으로 작용하는 (그리고 비활성 재료로 이루어진) 다금속 산화물 활성 조성물을 갖지 않는 형태화된 몸체 (형태화된 희석제 몸체)의 실질적으로 균질한 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 그러한 비활성의 형태화된 몸체로 유용한 재료는 원리적으로 본 발명에 따라 적합한 첫 번째 단계의 피복된 촉매를 위한 지지체 물질로서 적합한 모든 것들이다. 상기 물질의 유용한 예로서 다공성 또는 비다공성 산화 알루미늄, 이산화 규소, 이산화 토륨, 이산화 지르코늄, 탄화 규소, 규산 마그네슘 또는 알루미늄과 같은 규산염 또는 이미 언급한 동석(예를 들면 세람텍(CeramTec)의 제품인 스테아타이트 (Steatite) C-220)이 있다. In order to produce a
그러한 비활성의 형태화된 희석제 몸체의 기하학은 원리적으로 원하는 대로일 수 있다. 달리 말하면, 이들은 예를 들어, 구, 다각형, 고형 실린더, 아니면 고리일 수 있다. 본 발명에 따르면, 선택된 비활성의 형태화된 희석제 몸체는 그 기하학이 그들에 의해 희석되는 첫 번째 단계의 형태화된 촉매 몸체의 것과 상응하는 것이 바람직할 것이다. The geometry of such inert shaped diluent body may in principle be as desired. In other words, they can be, for example, spheres, polygons, solid cylinders, or rings. According to the present invention, it will be preferred that the selected inert shaped diluent body corresponds to that of the first stage of the shaped catalyst body whose geometry is diluted by them.
일반적으로, 사용되는 활성 조성물의 화학적 조성은 고정된 촉매 베드 (1)에 걸쳐 변하지 않는 것이 유리하다. 달리 말해서, 개개의 형태화된 촉매 몸체를 위해 사용되는 활성 조성물은 원소 Mo 및/또는 W 및 또한 Bi, Fe, Sb, Sn 및 Cu 중 적어도 1종의 원소를 포함하는 상이한 다금속 산화물의 혼합물일 수 있지만, 유리하게는 상기 고정된 촉매 베드 (1)의 모든 형태화된 촉매 몸체를 위해 같은 혼합물이 사용되어야 한다.In general, it is advantageous that the chemical composition of the active composition used does not change over the fixed
부피-특이적 (즉, 부피 단위에 대하여 표준화된) 활성은 통상적으로, 상기 출발 반응 기체 혼합물의 유동 방향으로 상기 고정된 촉매 베드 (1) 내에서 연속적으로, 갑작스럽게 또는 단계적으로 증가하는 것이 바람직하다. Volume-specific (ie, normalized to volume units) activity typically increases continuously, suddenly or stepwise in the fixed
예를 들면 부피-특이적 활성은 균일한 방식으로 제조된 기본적 양의 형태화된 촉매 몸체를 형태화된 희석제 몸체로 균질하게 희석함으로써 간단한 방법으로 감소될 수 있다. 선택된 형태화된 희석제 몸체의 분량이 많을수록, 고정 베드의 일정 부피에서 활성 조성물의 양, 또는 촉매 활성이 낮다.For example, the volume-specific activity can be reduced in a simple way by homogeneously diluting the basic amount of the shaped catalyst body prepared in a uniform manner with the shaped diluent body. The greater the quantity of the shaped diluent body selected, the lower the amount of active composition, or catalytic activity, in a given volume of fixed bed.
따라서, 고정된 촉매 베드 (1)에 걸쳐 반응 기체 혼합물의 유동 방향에서 적어도 1회 증가하는 부피-특이적 활성은 본 발명에 따르는 방법의 경우, 상기 베드를 형태화된 촉매 몸체의 하나의 종류를 기준으로 높은 분량의 비활성 형태화된 희석제 몸체를 가지고 시작한 다음, 그 유동 방향에서 형태화된 희석된 몸체의 상기 분량을 연속적으로 또는 1회 또는 그 이상 갑작스럽게 (예를 들면 단계적으로) 감소시킴으로써 간단한 방법으로 얻어질 수 있다. 그러나, 부피-특이적 활성의 증가는 예를 들면 형태화된 피복된 촉매 몸체의 일정한 기하학 및 활성 조성물 유형에서, 지지체에 적용되는 활성 조성물 층의 두께를 증가시킴으로써, 또는 동일한 기하학을 갖지만 활성 조성물의 상이한 중량 분율을 갖는 피복된 촉매의 혼합물에서 활성 조성물의 보다 높은 중량 분율을 갖는 형태화된 촉매 몸체의 분량을 증가시킴으로써도 가능하다. 그렇지 않으면, 상기 활성 조성물 그 자체를 활성 조성물의 제조 과정에서, 예를 들면 경질-발화된(hard-fired) 이산화 규소와 같은 비활성 희석 물질을 소성될 출발 화합물의 건조 혼합물에 도입함으로써 희석할 수도 있다. 희석제 물질의 상이한 첨가량은 자동적으로 상이한 활성을 초래한다. 더 많은 희석 물질이 첨가될수록, 결과되는 활성은 더 낮을 것이다. 예를 들면, 지지되지 않은 촉매와 피복된 촉매의 혼합물에서 (활성 조성물이 동일함) 혼합비를 적절하게 변화시킴으로써 유사한 효과가 수득될 수도 있다. 기재된 변법은 조합되어 사용될 수도 있음이 잘 인식될 것이다.Thus, the volume-specific activity of increasing at least once in the direction of flow of the reaction gas mixture over the fixed
물론, 화학적으로 상이한 활성 조성을 갖는 촉매의 혼합물, 및 상기 상이한 조성의 결과로서, 상이한 활성이 상기 고정된 촉매 베드 (1)를 위해 사용될 수도 있다. 이러한 혼합물은 다시 비활성 희석제 몸체로 희석될 수 있다. Of course, mixtures of catalysts having chemically different active compositions, and as a result of the different compositions, different activities may be used for the fixed
활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (1)의 부분의 상류 및/또는 하류에 비활성 물질(예를 들면 오직 형태화된 희석제 몸체)(본 문서에서, 이들은 달리 언급되지 않는 한 상기 고정된 촉매 베드에서 용어 정의의 목적으로 포함됨)만으로 이 루어진 베드가 배치될 수 있다. 이들은 마찬가지로 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도에 이를 수 있다. 상기 비활성 베드를 위해 사용되는 형태화된 희석제 몸체는 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (1)의 부분을 위해 사용되는 형태화된 촉매 몸체와 동일한 기하학을 가질 수 있다. 그러나, 비활성 베드를 위해 사용되는 형태화된 희석제 몸체의 기하학은 형태화된 촉매 몸체의 상기 언급된 기하학과 상이할 수도 있다 (예를 들면, 환상인 대신 구형). Inert materials (eg, only shaped diluent bodies) upstream and / or downstream of the portion of the fixed
빈번하게, 그러한 비활성 베드를 위해 사용되는 형태화된 몸체는 환상의 기하학 7 mm x 7 mm x 4 mm (외경 x 길이 x 내경) 또는 직경 d = 4-5 mm를 갖는 구형의 기하학을 갖는다. Frequently, the shaped body used for such an inactive bed has a spherical geometry with an
많은 경우, 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (1)의 부분은 본 발명에 따르는 방법에서 반응 기체 혼합물의 유동 방향으로 다음과 같이 구조화된다. In many cases, the part of the fixed
먼저, 10 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 50%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40%, 가장 바람직하게는 25 내지 35%의 길이에 대하여 (즉, 예를 들면, 0.70 내지 1.50 m, 바람직하게는 0.90 내지 1.20 m에 대하여), 고정된 베드 (1) 촉매 충진물의 부분의 각각의 총 길이는 활성 조성물, 형태화된 촉매 몸체 및 형태화된 희석제 몸체(양자는 실질적으로 동일한 기하학을 갖는 것이 바람직함)의 하나의 균질 혼합물 또는 2 가지 연속적인 균질 혼합물 (감소하는 희석율)을 가지며, 여기에서 형태화된 희석제 몸체의 중량 분율(형태화된 촉매 몸체 및 형태화된 희석제 몸체의 질량 밀도는 일반적으로 약간만 다름)은 통상적으로 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량% 또는 20 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 35 중량%이다. 다음, 상기 첫 번째 영역의 하류에, 빈번하게, (상기 첫 번째 영역에서보다) 더 적은 정도로만 희석된 형태화된 촉매 몸체의 베드, 또는 가장 바람직하게는 상기 첫 번째 영역에도 사용된 같은 형태화된 촉매 몸체의 단독 베드가, 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (1)의 부분의 길이 말단에 이르도록 (즉, 예를 들면 2.00 m 내지 3.00 m, 바람직하게는 2.50 내지 3.00 m의 길이까지) 유리하게 배치된다. First, for a length of 10 to 60%, preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 40%, most preferably 25 to 35% (ie, for example, 0.70 to 1.50 m, preferably For each 0.90 to 1.20 m), the total length of each of the portions of the fixed bed (1) catalyst charge is preferably the active composition, the shaped catalyst body and the shaped diluent body (the two have substantially the same geometry). One homogeneous mixture or two consecutive homogeneous mixtures (reducing dilution), wherein the weight fraction of the shaped diluent body (the mass density of the shaped catalyst body and the shaped diluent body is generally Only slightly) is typically 5 to 40% by weight, preferably 10 to 40% by weight or 20 to 40% by weight, more preferably 25 to 35% by weight. Next, downstream of the first zone, a bed of the shaped catalyst body diluted frequently to a lesser extent than in the first zone, or most preferably the same shaped as used in the first zone Glass so that the sole bed of the catalyst body reaches the length end of the portion of the fixed
상기 언급된 것은 고정된 촉매 베드 (1)에 사용되는 형태화된 촉매 몸체가 지지되지 않은 촉매 고리 또는 피복된 촉매 고리(특히 본 문서에 바람직한 것으로 나열된 것들)인 경우에 특별히 해당된다. 상기 언급된 구조화의 목적을 위해, 본 발명에 따르는 방법에서 상기 형태화된 촉매 몸체 또는 그들의 지지체 고리 및 형태화된 희석제 몸체는 둘 다 실질적으로 5 mm x 3 mm x 2 mm (외경 x 길이 x 내경)의 고리 기하학을 갖는다. The abovementioned is especially true when the shaped catalyst body used in the fixed
상기 언급된 것은 비활성의 형태화된 희석제 몸체 대신, 상기 고정된 촉매 베드의 말단에서 형태화된 피복된 촉매 몸체의 활성 조성물 함량에 비하여 활성 조성물 함량이 2 내지 15 중량%만큼 더 낮은 형태화된 피복된 촉매 몸체가 사용되는 경우에도 해당된다. The above-mentioned refers to a shaped coating having an active composition content of as low as 2 to 15% by weight compared to the active composition content of the coated catalyst body shaped at the end of the fixed catalyst bed, instead of an inert, shaped diluent body. This is true even when a catalytic body is used.
고정된 촉매 베드 (1)의 총 길이를 기준으로 적절하게는 1 또는 5 내지 20%의 길이를 갖는 순수한 비활성 물질 베드가 상기 반응 기체 혼합물의 유동 방향에서 상기 고정된 촉매 베드 (1)을 일반적으로 시작한다. 이는 반응 기체 혼합물의 경우 가열 영역으로 통상적으로 사용된다. Pure inert material beds, suitably 1 or 5 to 20% of the length, based on the total length of the fixed catalyst bed (1) generally have the fixed catalyst bed (1) in the flow direction of the reaction gas mixture To start. It is commonly used as a heating zone in the case of a reaction gas mixture.
전형적으로, 첫 번째 단계를 위한 관 다발 반응기의 촉매 관은 페라이트 스 틸로 제조되며 전형적으로 1 내지 3 mm의 벽 두께를 갖는다. 이들의 내경은 일반적으로 (균일하게) 20 내지 30 mm, 빈번하게는 21 내지 26 mm이다. 응용의 관점에서 적절하게는, 상기 관 다발 용기 내에 수용되는 촉매 관의 수는 적어도 5 000, 바람직하게는 적어도 10000 개이다. 빈번하게는, 상기 반응 용기에 수용되는 촉매 관의 수는 15000 내지 30000 개이다. 40000 개를 초과하는 촉매 관의 수를 갖는 관 다발 반응기는 상기 첫 번째 반응 단계의 경우 일반적으로 예외적이다. 용기 내에서, 상기 촉매 관은 통상적으로 균일한 분포로 배열되며, 그 분포는 바로 인접한 촉매 관의 중심 내축의 거리(촉매 관 피치로 알려진)가 35 내지 45 mm가 되도록 적절하게 선택된다 (예를 들면, EP-B 468290 참고).Typically, the catalyst tubes of the tube bundle reactor for the first stage are made of ferrite steel and typically have a wall thickness of 1 to 3 mm. Their inner diameter is generally (uniformly) 20 to 30 mm, frequently 21 to 26 mm. Suitably from the application point of view, the number of catalyst tubes contained in the tube bundle vessel is at least 5 000, preferably at least 10000. Frequently, the number of catalyst tubes accommodated in the reaction vessel is 15000 to 30000. Tube bundle reactors with a number of catalyst tubes exceeding 40000 are generally exceptional for this first reaction step. Within the vessel, the catalyst tubes are typically arranged in a uniform distribution, the distribution being suitably selected such that the distance (known as catalyst tube pitch) of the central inner axis of the immediately adjacent catalyst tube is 35 to 45 mm (e.g. See EP-B 468290).
아크롤레인으로부터 아크릴산을 제조하는 본 발명에 따르는 방법의 두 번째 반응 단계의 수행은 고정된 촉매 베드 (2)에 대하여 기재된 촉매를 이용하여, 예를 들면 EP-A 700893 또는 DE-A 4 431 949 또는 WO 03/057653, 또는 WO 03/055835, 또는 WO 03/059857, 또는 WO 03/076373에 기재된 것과 같은 고정된 베드 (2) 촉매로 충진된 관 다발 반응기에서 가장 간단한 방식으로 응용의 관점에서 적절하게 수행된다.The performance of the second reaction step of the process according to the invention for producing acrylic acid from acrolein can be carried out using, for example, EP-A 700893 or DE-A 4 431 949 or WO, using the catalyst described for the fixed catalyst bed (2). Appropriately performed in terms of application in the simplest manner in a tube bundle reactor packed with a fixed bed (2) catalyst as described in 03/057653, or WO 03/055835, or WO 03/059857, or WO 03/076373 do.
달리 말하면, 가장 간단한 방법으로, 본 발명에 따르는 방법에 사용되는 고정된 촉매 베드 (2)는 관 다발 반응기의 균일하게 충진된 금속 관에 배치되고, 일반적으로 염 용융물인 가열 매질(1-영역 방법)이 상기 금속 관의 주위에 통과한다. 상기 염 용융물(가열 매질) 및 반응 기체 혼합물은 단순히 같은 흐름 또는 반대 흐름으로 통과할 수 있다. 그러나, 가열 매질(염 용융물)은 반응기에 걸쳐서 볼 때 굽이치는 방식으로 상기 관 다발 주위를 통과하여, 전체 반응기에 걸쳐서 볼 때만 상기 반응 기체 혼합물의 유동 방향에 같은 흐름 또는 반대 흐름이 존재할 수도 있다. 상기 가열 매질(열 교환 매질)의 부피 유량은 전형적으로, 반응기로 들어가는 입구 지점에서 반응기로부터의 출구 지점까지 상기 열 교환 매질의 온도 상승(반응의 발열성으로 인해 생기는)이 0 내지 10℃, 빈번하게는 2 내지 8℃, 종종 3 내지 6℃이도록 한다. 상기 열 교환 매질의 관 다발 반응기로 들어가는 입구 온도(본 문서에서, 이는 고정된 촉매 베드의 온도에 해당함)는 일반적으로 220 내지 350℃, 빈번하게는 245 내지 285℃ 또는 245 내지 265℃이다. 적합한 열 교환 매질은 특히 유체 가열 매질이다. 질산 칼륨, 아질산 칼륨, 아질산 나트륨 및/또는 질산 나트륨과 같은 염의 용융물, 또는 나트륨, 수은과 같은 저-용융 금속 및 또한 상이한 금속의 합금을 사용하는 것이 특히 적절하다. 이온성 액체가 사용될 수도 있다.In other words, in the simplest way, the fixed
적절하게는, 원하는 반응 온도로 예열된 고정된 촉매 베드의 충진물에 상기 반응 기체 혼합물 (2)를 공급한다. Suitably, the reaction gas mixture (2) is fed to a fill of a fixed catalyst bed preheated to the desired reaction temperature.
특히, 원하는 높은 (예를 들면 140 l (STP)/l?h 이상이지만 일반적으로 600 l (STP)/l?h 이하) 아크롤레인의 고정된 촉매 베드 (2) 상에서의 최종 시간 당 공간 속도의 경우, 본 발명에 따르는 방법은 2-영역 또는 다영역 관 다발 반응기에서 적절하게 수행된다 (그러나, 이를 1-영역 관 다발 반응기에서 수행하는 것도 마찬가지로 가능하다). 본 발명에 따라서 상기 목적으로 사용될 수 있는 2-영역 관 다발 반응기의 바람직한 변형은 DE-C 2830765에 의해 개시되어 있다. 그러나, DE-C 2513405, US-A 3147084, DE-A 2201528, EP-A 383224 및 DE-A 2903582에 개시된 2- 영역 관 다발 반응기가 또한 적합하다. In particular, for the final high hourly space velocity on the fixed catalyst bed (2) of acrolein of the desired high (e.g., 140 l (STP) / l? H or more but generally 600 l (STP) / l? H or less) However, the process according to the invention is suitably carried out in a two-zone or multi-zone tube bundle reactor (but it is likewise possible to carry it out in a one-zone tube bundle reactor). A preferred variant of a two-zone tube bundle reactor that can be used for this purpose according to the invention is disclosed by DE-C 2830765. However, the two-zone tube bundle reactors disclosed in DE-C 2513405, US-A 3147084, DE-A 2201528, EP-A 383224 and DE-A 2903582 are also suitable.
달리 말하면, 가장 간단한 방식으로, 본 발명에 따라 사용될 고정된 촉매 베드 (2)가 관 다발 반응기의 균일하게 충진된 금속 관에 배치되고, 2종의 실질적으로 공간적으로 떨어진 가열 매질, 일반적으로 염 용융물이 상기 금속 관의 주위를 통과한다. 그에 걸쳐 특정 염욕이 연장되는 관의 부분이 온도 또는 반응 영역을 나타낸다.In other words, in the simplest manner, a fixed
예를 들면, 염욕 C는, 55 내지 85 몰% 범위의 변환율 값이 수득될 때까지 아크롤레인의 산화적 변환 (1회 통과에서)이 진행되는 관의 부분 (반응 영역 C) 주위를 바람직하게 흐르며, 염욕 D는 일반적으로 90 몰% 이상의 변환율 값이 수득될 때까지 이어지는 아크롤레인의 산화적 변환(1회 통과에서)이 진행되는 관의 부분(반응 영역 D) 주위를 바람직하게 흐른다 (필요하다면, 반응 영역 C, D는 개별적인 온도로 유지되는 추가의 반응 영역에 이어질 수 있다). For example, salt bath C preferably flows around the portion of the tube (reaction zone C) where the oxidative conversion (in one pass) of the acrolein proceeds until a conversion value in the range of 55 to 85 mole% is obtained, Salt bath D generally flows preferably around the portion of the tube (reaction zone D) where the subsequent oxidative conversion (in one pass) of acrolein proceeds until a conversion value of at least 90 mol% is obtained (reaction zone, if necessary). C, D can lead to additional reaction zones maintained at separate temperatures).
특정 온도 영역 내에서, 염욕은 원리적으로 1-영역 방법으로 통과된다. 염욕 D의 입구 온도는 통상적으로 염욕 C의 온도보다 5 내지 10℃ 이상 높다. 그렇지 않으면, 상기 입구 온도는 1-영역 방법에 대하여 권장된 입구 온도의 온도 범위 내에 있을 수 있다. Within a certain temperature range, the salt bath is in principle passed in a one-zone method. The inlet temperature of the salt bath D is usually at least 5-10 ° C. higher than the temperature of the salt bath C. Otherwise, the inlet temperature may be within the temperature range of the inlet temperature recommended for the one-zone method.
그렇지 않으면, 2-영역 고-부하 방법이 예를 들면 DE-A 19948523, EP-A 1106598에 기재된 바와 같이, 또는 DE-A 19948248에 기재된 것과 같이 수행될 수 있다. Otherwise, the two-zone high-load method can be performed, for example, as described in DE-A 19948523, EP-A 1106598, or as described in DE-A 19948248.
따라서, 본 발명에 따르는 방법은 70 l (STP)/l?h 이상, 90 l (STP)/l?h 이상, 110 l (STP)/l?h 이상, 130 l (STP)/l?h 이상, 180 l (STP)/l?h 이상, 240 l (STP)/l?h 이상, 300 l (STP)/l?h 이상이지만 통상적으로 600 l (STP)/l?h 이하의 고정된 촉매 베드 (2) 상의 아크롤레인 시간 당 공간 속도에 적합하다. 여기에서 (즉, 일반적으로 본 문서에서 아크롤레인 시간 당 공간 속도의 경우), 본 문서의 표준과는 별도로, 상기 시간 당 공간 속도는 비활성 물질로만 이루어진 임의의 사용되는 부분을 제외한 고정된 촉매 베드 (2)의 부피를 기준으로 한다.Thus, the process according to the invention comprises at least 70 l (STP) / l? H, at least 90 l (STP) / l? H, at least 110 l (STP) / l? H, at least 130 l (STP) / l? H Above 180 l (STP) / l? H, above 240 l (STP) / l? H, above 300 l (STP) / l? H, but typically below 600 l (STP) / l? H It is suitable for the acrolein hourly space velocity on the catalyst bed (2). Here (ie, generally in the case of acrolein hourly space velocity in this document), apart from the standard of this document, the hourly space velocity is a fixed catalyst bed (except for any used part consisting only of inert materials). ) Is based on volume.
고정된 촉매 베드 (2)를 제조하기 위해, 본 발명에 따르는 방법에서 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 적절한 형태화된 촉매 몸체만을 사용하거나, 그렇지 않으면 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 형태화된 촉매 몸체 및 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화에 대하여 실질적으로 비활성으로 작용하는 (그리고 비활성 재료로 이루어진) 다금속 산화물 활성 조성물을 갖지 않는 형태화된 몸체 (형태화된 희석제 몸체)의 실질적으로 균질한 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 그러한 비활성의 형태화된 몸체로 유용한 재료는 원리적으로 본 발명에 따라 적합한 두 번째 단계의 피복된 촉매를 위한 지지체 물질로서 적합한 모든 것들이다. 상기 물질의 유용한 예로서 다공성 또는 비다공성 산화 알루미늄, 이산화 규소, 이산화 토륨, 이산화 지르코늄, 탄화 규소, 규산 마그네슘 또는 알루미늄과 같은 규산염 또는 이미 언급한 동석(예를 들면 세람텍(CeramTec)의 제품인 스테아타이트 (Steatite) C-220)이 있다. In order to produce a
그러한 비활성의 형태화된 희석제 몸체의 기하학은 원리적으로 원하는 대로일 수 있다. 달리 말하면, 이들은 예를 들어, 구, 다각형, 고형 실린더, 아니면 고리일 수 있다. 본 발명에 따르면, 선택된 비활성의 형태화된 희석제 몸체는 그 기하학이 그들에 의해 희석되는 형태화된 촉매 몸체의 것과 상응하는 것이 바람직할 것이다. The geometry of such inert shaped diluent body may in principle be as desired. In other words, they can be, for example, spheres, polygons, solid cylinders, or rings. According to the invention, it will be preferred that the selected inert shaped shaped diluent body corresponds to that of the shaped catalyst body whose geometry is diluted by them.
일반적으로, 사용되는 활성 조성물의 화학적 조성은 고정된 촉매 베드 (2)에 걸쳐 변하지 않는 것이 유리하다. 달리 말해서, 개개의 형태화된 촉매 몸체를 위해 사용되는 활성 조성물은 원소 Mo 및 V를 포함하는 다양한 다금속 산화물의 혼합물일 수 있지만, 유리하게는 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 모든 형태화된 촉매 몸체를 위해 같은 혼합물이 사용되어야 한다.In general, the chemical composition of the active composition used is advantageously unchanged over the fixed
부피-특이적 (즉, 부피 단위에 대하여 표준화된) 활성은 통상적으로, 상기 출발 반응 기체 혼합물의 유동 방향으로 상기 고정된 촉매 베드 (2) 내에서 연속적으로, 갑작스럽게 또는 단계적으로 증가하는 것이 바람직하다. Volume-specific (ie normalized to volume units) activity is typically preferably increased continuously, suddenly or stepwise in the fixed
예를 들면 부피-특이적 활성은 균일한 방식으로 제조된 기본적 양의 형태화된 촉매 몸체를 형태화된 희석제 몸체로 균질하게 희석함으로써 간단한 방법으로 감소될 수 있다. 선택된 형태화된 희석제 몸체의 분량이 많을수록, 고정 베드의 일정 부피에서 활성 조성물의 양 또는 촉매 활성이 낮다.For example, the volume-specific activity can be reduced in a simple way by homogeneously diluting the basic amount of the shaped catalyst body prepared in a uniform manner with the shaped diluent body. The greater the quantity of the selected shaped diluent body, the lower the amount of active composition or catalytic activity at a given volume of fixed bed.
따라서, 고정된 촉매 베드 (2)에 걸쳐 반응 기체 혼합물의 유동 방향에서 적어도 1회 증가하는 부피-특이적 활성은 본 발명에 따르는 방법의 경우, 상기 베드 (2)를 형태화된 촉매 몸체의 하나의 종류를 기준으로 높은 분량의 비활성 형태화된 희석제 몸체를 가지고 시작한 다음, 그 유동 방향에서 형태화된 희석된 몸체의 상기 분량을 연속적으로 또는 1회 또는 그 이상 갑작스럽게 (예를 들면 단계적으로) 감소시킴으로써 간단한 방법으로 얻어질 수 있다. 그러나, 부피-특이적 활성의 증가는 예를 들면 형태화된 피복된 촉매 몸체의 일정한 기하학 및 활성 조성물 유형에서, 지지체에 적용되는 활성 조성물 층의 두께를 증가시킴으로써, 또는 동일한 기하학을 갖지만 활성 조성물의 상이한 중량 분율을 갖는 피복된 촉매의 혼합물에서 활성 조성물의 보다 높은 중량 분율을 갖는 형태화된 촉매 몸체의 분량을 증가시킴으로써도 가능하다. 그렇지 않으면, 상기 활성 조성물 그 자체를 활성 조성물의 제조 과정에서, 예를 들면 경질-발화된(hard-fired) 이산화 규소와 같은 비활성 희석 물질을 소성될 출발 화합물의 건조 혼합물에 도입함으로써 희석할 수도 있다. 희석제 물질의 상이한 첨가량은 자동적으로 상이한 활성을 초래한다. 더 많은 희석 물질이 첨가될수록, 결과되는 활성은 더 낮을 것이다. 예를 들면, 지지되지 않은 촉매와 피복된 촉매의 혼합물에서 (활성 조성물이 동일함) 혼합비를 적절하게 변화시킴으로써 유사한 효과가 수득될 수도 있다. 기재된 변법은 조합되어 사용될 수도 있음이 잘 인식될 것이다.Thus, the volume-specific activity of increasing at least once in the flow direction of the reaction gas mixture over a fixed
물론, 화학적으로 상이한 활성 조성을 갖는 촉매의 혼합물, 및 상기 상이한 조성의 결과로서, 상이한 활성이 상기 고정된 촉매 베드 (2)를 위해 사용될 수도 있다. 이러한 혼합물은 다시 비활성 희석제 몸체로 희석될 수 있다. Of course, mixtures of catalysts with chemically different active compositions, and as a result of the different compositions, different activities may be used for the fixed
활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (2)의 부분의 상류 및/또는 하류에 비활성 물질(예를 들면 오직 형태화된 희석제 몸체)(본 문서에서, 이들은 달리 언급되지 않는 한 상기 고정된 촉매 베드 (2)에서 용어 정의의 목적으로 포함됨)만으로 이루어진 베드가 배치될 수 있다. 이들은 마찬가지로 상기 고정된 촉매 베드 (2) 의 온도에 이를 수 있다. 상기 비활성 베드를 위해 사용되는 형태화된 희석제 몸체는 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (2)의 부분을 위해 사용되는 형태화된 촉매 몸체와 동일한 기하학을 가질 수 있다. 그러나, 비활성 베드를 위해 사용되는 형태화된 희석제 몸체의 기하학은 형태화된 촉매 몸체의 상기 언급된 기하학과 상이할 수도 있다 (예를 들면, 환상인 대신 구형). Inert materials (eg, only shaped diluent bodies) upstream and / or downstream of a portion of the fixed
빈번하게, 그러한 비활성 베드를 위해 사용되는 형태화된 몸체는 환상의 기하학 7 mm x 7 mm x 4 mm (외경 x 길이 x 내경) 또는 직경 d = 4-5 mm를 갖는 구형의 기하학을 갖는다. Frequently, the shaped body used for such an inactive bed has a spherical geometry with an
많은 경우, 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (2)의 부분은 본 발명에 따르는 방법에서 반응 기체 혼합물의 유동 방향으로 다음과 같이 구조화된다. In many cases, the part of the fixed
먼저, 10 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 50%, 더욱 바람직하게는 20 내지 40%, 가장 바람직하게는 25 내지 35%의 길이에 대하여 (즉, 예를 들면, 0.70 내지 1.50 m, 바람직하게는 0.90 내지 1.20 m에 대하여), 고정된 베드 (2) 촉매 충진물의 부분의 각각의 총 길이는 활성 조성물, 형태화된 촉매 몸체 및 형태화된 희석제 몸체(양자는 실질적으로 동일한 기하학을 갖는 것이 바람직함)의 하나의 균질 혼합물 또는 2 가지 연속적인 균질 혼합물 (감소하는 희석율)을 가지며, 여기에서 형태화된 희석제 몸체의 중량 분율(형태화된 촉매 몸체 및 형태화된 희석제 몸체의 질량 밀도는 일반적으로 약간만 다름)은 통상적으로 10 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 35 중량%이다. 다음, 상기 첫 번째 영역의 하류에, 빈번하게, (상기 첫 번째 영역에서보다) 더 적은 정도로만 희석된 형태화된 촉매 몸체의 베드, 또는 가장 바람직하게는 상기 첫 번째 영역에도 사용된 같은 형태화된 촉매 몸체의 단독 베드가, 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 베드 (2)의 부분의 길이 말단에 이르도록 (즉, 예를 들면 2.00 m 내지 3.00 m, 바람직하게는 2.50 내지 3.00 m의 길이까지) 유리하게 배치된다. First, for a length of 10 to 60%, preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 40%, most preferably 25 to 35% (ie, for example, 0.70 to 1.50 m, preferably For 0.90 to 1.20 m), the total length of each of the portions of the fixed bed (2) catalyst fill is preferably the active composition, the shaped catalyst body and the shaped diluent body (the protons have substantially the same geometry). One homogeneous mixture or two consecutive homogeneous mixtures (reducing dilution), wherein the weight fraction of the shaped diluent body (the mass density of the shaped catalyst body and the shaped diluent body is generally Only slightly) is usually from 10 to 50% by weight, preferably from 20 to 45% by weight, more preferably from 25 to 35% by weight. Next, downstream of the first zone, a bed of the shaped catalyst body diluted frequently to a lesser extent than in the first zone, or most preferably the same shaped as used in the first zone Glass so that the sole bed of the catalyst body reaches the length end of the portion of the fixed
상기 언급된 것은 고정된 촉매 베드 (2)에 사용되는 형태화된 촉매 몸체가 피복된 촉매 고리 또는 피복된 촉매 구(특히 본 문서에 바람직한 것으로 나열된 것들)인 경우에 특별히 그러하다. 상기 언급된 구조화의 목적을 위해, 본 발명에 따르는 방법에서 상기 형태화된 촉매 몸체 또는 그들의 지지체 고리 및 형태화된 희석제 몸체는 둘 다 실질적으로 7 mm x 3 mm x 4 mm (외경 x 길이 x 내경)의 고리 기하학을 갖는다. The above is especially true when the shaped catalyst body used in the fixed
상기 언급된 것은 비활성의 형태화된 희석제 몸체 대신, 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 말단에서 형태화된 피복된 촉매 몸체의 활성 조성물 함량에 비하여 활성 조성물 함량이 2 내지 15 중량%만큼 더 낮은 형태화된 피복된 촉매 몸체가 사용되는 경우에도 그러하다. The above-mentioned form has a lower active composition content by 2 to 15% by weight compared to the active composition content of the coated catalyst body shaped at the end of the fixed
고정된 촉매 베드의 총 길이를 기준으로 적절하게는 5 내지 20%의 길이를 갖는 순수한 비활성 물질 베드가 상기 반응 기체 혼합물의 유동 방향에서 상기 고정된 촉매 베드 (2)를 일반적으로 시작한다. 이는 반응 기체 혼합물의 경우 가열 영역으로 통상적으로 사용된다. A pure inert material bed having a length of suitably 5 to 20%, based on the total length of the fixed catalyst bed, generally starts the fixed
전형적으로, 두 번째 단계를 위한 관 다발 반응기의 촉매 관은 페라이트 스틸로 제조되며 전형적으로 1 내지 3 mm의 벽 두께를 갖는다. 이들의 내경은 일반 적으로 (균일하게) 20 내지 30 mm, 빈번하게는 21 내지 26 mm이다. 응용의 관점에서 적절하게는, 상기 관 다발 반응기 내에 수용되는 촉매 관의 수는 적어도 5000, 바람직하게는 적어도 10000 개이다. 빈번하게는, 상기 반응 용기에 수용되는 촉매 관의 수는 15000 내지 30000 개이다. 40000 개를 초과하는 촉매 관의 수를 갖는 관 다발 반응기는 상기 첫 번째 단계의 경우 일반적으로 예외적이다. 용기 내에서, 상기 촉매 관은 통상적으로 균일한 분포로 배열되며, 그 분포는 바로 인접한 촉매 관의 중심 내축의 거리(촉매 관 피치로 알려진)가 35 내지 45 mm가 되도록 적절하게 선택된다 (예를 들면, EP-B 468290 참고).Typically, the catalyst tubes of the tube bundle reactor for the second stage are made of ferrite steel and typically have a wall thickness of 1 to 3 mm. Their inner diameter is generally (uniformly) 20 to 30 mm, frequently 21 to 26 mm. Suitably from the application point of view, the number of catalyst tubes accommodated in the tube bundle reactor is at least 5000, preferably at least 10000. Frequently, the number of catalyst tubes accommodated in the reaction vessel is 15000 to 30000. Tube bundle reactors with a number of catalyst tubes exceeding 40000 are generally exceptional for this first stage. Within the vessel, the catalyst tubes are typically arranged in a uniform distribution, the distribution being suitably selected such that the distance (known as catalyst tube pitch) of the central inner axis of the immediately adjacent catalyst tube is 35 to 45 mm (e.g. See EP-B 468290).
이미 기재된 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법에서 두 반응 단계는 모두 1-영역 또는 2-영역 관 다발 반응기에서 수행될 수 있다. 그러나, 첫 번째 반응 단계만이 1-영역 관 다발 반응기에서 수행되고 두 번째 반응 단계는 2-영역 관 다발 반응기에서 (또는 그 반대로) 수행될 수 있다.As already described, both reaction steps in the process according to the invention can be carried out in a one-zone or two-zone tube bundle reactor. However, only the first reaction step can be carried out in a one-zone tube bundle reactor and the second reaction step can be carried out in a two-zone tube bundle reactor (or vice versa).
첫 번째 및 두 번째 반응 단계의 관 다발 반응기 사이에 선택적으로 비활성 베드를 포함할 수 있는 중간 냉각기가 배치될 수 있다. Between the tube bundle reactors of the first and second reaction stages an intermediate cooler may optionally be arranged which may comprise an inert bed.
본 발명에 따르는 방법을 위한 고정된 촉매 베드 (1) 및 고정된 촉매 베드 (2)는 예를 들면 WO 03/059857, EP-A 911313 및 EP-A 990636에 의해 기재된 것과 같이 예를 들면 2 개의 온도 영역을 갖는 단일의 다-촉매-관 관 다발 반응기에 마찬가지로 이어서 공간적으로 수용될 수도 있다. 이러한 경우를 단일-반응기 2-단계 공정이라 한다. 이러한 경우, 하나의 온도 영역은 일반적으로 하나의 고정된 촉매 베드에 걸쳐 연장된다. 두 고정된 촉매 베드 사이에 세 번째 온도 영역에 선 택적으로 배치되고 별도로 가열되는 비활성 베드가 추가로 배치될 수 있다. The fixed
본 발명에 따르는 방법에서 첫 번째 반응 단계의 충진 기체 혼합물(출발 반응 기체 혼합물 1)로 사용되는 비활성 기체는, 고정된 촉매 베드 (1)에 대하여 선택된 프로펜의 시간 당 공간 속도에 무관하게, 예를 들면 20 부피% 이상, 또는 30 부피% 이상, 또는 40 부피% 이상, 또는 50 부피% 이상, 또는 60 부피% 이상, 또는 70 부피% 이상, 또는 80 부피% 이상, 또는 90 부피% 이상, 또는 95 부피% 이상의 분자상 질소로 이루어질 수 있다.The inert gas used as the fill gas mixture (starting reaction gas mixture 1) of the first reaction stage in the process according to the invention is independent of the hourly space velocity of propene selected for the fixed catalyst bed (1), eg For example at least 20%, or at least 30%, or at least 40%, or at least 50%, or at least 60%, or at least 70%, or at least 80%, or at least 90%, or At least 95% by volume of molecular nitrogen.
그러나, 비활성 희석 기체는 예를 들면 2 내지 35 또는 20 중량%의 H2O 및 65 내지 98 부피%의 N2로 이루어질 수도 있다. However, the inert diluent gas may for example consist of 2 to 35 or 20% by weight of H 2 O and 65 to 98% by volume of N 2 .
그러나, 상기 250 l (STP)/l?h를 초과한 고정된 촉매 베드 (1) 상에서 프로펜의 시간 당 공간 속도에서는, 프로판, 에탄, 메탄, 부탄, 펜탄, CO2, CO, 수증기 및/또는 비활성 기체와 같은 비활성 희석제 기체의 사용이 본 발명에 따르는 방법을 위해 권장된다. 그러나, 이들 기체는 더 낮은 프로펜의 시간 당 공간 속도에서도 사용될 수 있음이 잘 인식될 것이다.However, at the hourly space velocity of propene on a fixed catalyst bed (1) above 250 l (STP) / l-h, propane, ethane, methane, butane, pentane, CO 2 , CO, water vapor and / Or the use of an inert diluent gas, such as an inert gas, is recommended for the process according to the invention. However, it will be appreciated that these gases may also be used at lower hourly space velocity of propene.
상기 첫 번째 반응 단계에서 본 발명에 따른 프로펜의 기체 상 부분 산화의 과정에서 작업 압력은 대기압보다 낮거나 (예를 들면 0.5 bar 이하) 대기압보다 높을 수 있다. 전형적으로, 프로펜의 기체 상 부분 산화에서 작업 압력은 1 내지 5 bar, 빈번하게는 1 내지 3 bar의 값일 것이다. In the first reaction step the working pressure in the course of partial gas phase oxidation of propene according to the invention can be below atmospheric pressure (eg below 0.5 bar) or above atmospheric pressure. Typically, the working pressure in the gas phase partial oxidation of propene will be a value of 1 to 5 bar, frequently 1 to 3 bar.
통상적으로, 본 발명의 프로펜의 아크롤레인으로의 부분 산화에서 반응 압력 은 100 bar를 초과하지 않을 것이다. Typically, the reaction pressure in the partial oxidation of the propene of the present invention to acrolein will not exceed 100 bar.
본 발명에 따르는 방법에서 고정된 촉매 베드 (1)을 통과하는 출발 반응 기체 혼합물 (1) 중 O2:프로펜의 몰 비는 통상적으로 1 이상일 것이다. 전형적으로, 상기 비율은 3 이하의 값일 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 언급된 충진 기체 혼합물 중 O2:프로펜의 몰 비는 빈번히 1:2 내지 1:1.5일 것이다. 많은 경우에, 본 발명에 따르는 방법은 1:(1 내지 3):(3 내지 30), 바람직하게는 1:(1.5 내지 2.3):(10 내지 15)의, 출발 반응 기체 혼합물 (1) 중 프로펜:산소:비활성 기체(수증기 포함) 부피 비(l (STP)/l?h)로 수행될 것이다. In the process according to the invention the molar ratio of O 2 : propene in the starting
상기 출발 반응 기체 혼합물 (1) 중 프로펜 분량은 예를 들면 4 내지 20 부피%, 빈번하게는 5 또는 7 내지 15 부피%, 또는 6 또는 8 내지 12 부피% 또는 5 내지 8 부피%(각 경우 총 부피 기준)의 값일 수 있다.The propene amount in the starting reaction gas mixture (1) is for example 4 to 20% by volume, frequently 5 or 7 to 15% by volume, or 6 or 8 to 12% by volume or 5 to 8% by volume in each case Total volume).
상기 첫 번째 반응 단계의 경우 출발 반응 기체 혼합물 (1)의 전형적인 조성(선택된 시간 당 공간 속도와 무관하게)은 예를 들면 다음 성분들을 함유할 수 있다:For the first reaction step the typical composition of the starting reaction gas mixture 1 (regardless of the space hourly velocity chosen) may contain, for example, the following components:
6 내지 6.5 부피%의 프로펜,6-6.5 volume percent propene,
3 내지 3.5 부피%의 H2O,3 to 3.5 volume percent H 2 O,
0.3 내지 0.5 부피%의 CO,0.3 to 0.5 volume percent CO,
0.8 내지 1.2 부피%의 CO2,0.8 to 1.2 volume% CO 2 ,
0.025 내지 0.04 부피%의 아크롤레인,0.025 to 0.04% by volume of acrolein,
10.4 내지 10.7 부피%의 O2 및10.4 to 10.7% by volume of O 2 and
나머지로서 분자상 질소, 합하여 100%,Molecular nitrogen as remainder, 100% in total,
또는, 5.4 부피%의 프로펜,Or 5.4% by volume propene,
10.5 부피%의 산소,10.5% by volume of oxygen,
1.2 부피%의 COx,1.2 vol% CO x ,
80.5 부피%의 N2 및 80.5% by volume of N 2 and
2.4 부피%의 H2O.2.4 volume% H 2 O.
그러나, 상기 첫 번째 반응 단계를 위한 출발 반응 기체 혼합물 (1)은 또한 다음 조성을 가질 수도 있다:However, the starting
6 내지 15 부피%의 프로펜,6-15 volume percent propene,
4 내지 30 부피%(빈번하게는 6 내지 15 부피%)의 물,4-30% by volume (often 6-15% by volume) of water,
프로펜, 물, 산소 및 질소 이외의 성분, 0 이상 10 부피%까지(바람직하게는 0 이상 5 부피%까지),Components other than propene, water, oxygen and nitrogen, from 0 to 10% by volume (preferably from 0 to 5% by volume),
존재하는 분자상 산소 대 존재하는 분자상 프로펜의 몰비가 1.5 내지 2.5인 충분한 분자상 산소, 및 총 량 100 부피%까지 나머지의 분자상 질소.Sufficient molecular oxygen with a molar ratio of molecular oxygen present to molecular propene present between 1.5 and 2.5, and remaining molecular nitrogen up to a total volume of 100% by volume.
첫 번째 반응 단계를 위한 또 다른 가능한 출발 반응 기체 혼합물 (1) 조성은 Another possible starting reaction gas mixture (1) composition for the first reaction step is
6.0 부피%의 프로펜,6.0% by volume propene,
60 부피%의 공기 및60% by volume of air and
34 부피%의 H2O를 함유할 수 있다.May contain 34% by volume of H 2 O.
그렇지 않으면, EP-A 990 636의 실시예 1에 따르는, 또는 EP-A 990 636의 실시예 2에 따르는, 또는 EP-A 1 106 598의 실시예 3에 따르는, 또는 EP-A 1 106 598의 실시예 26에 따르는, 또는 EP-A 1 106 598의 실시예 53에 따르는 조성의 출발 반응 기체 혼합물 (1)이 상기 첫 번째 반응 단계에 사용될 수도 있다. Otherwise according to example 1 of EP-A 990 636, or according to example 2 of EP-A 990 636, or according to example 3 of EP-
본 발명에 따라 적합한 첫 번째 반응 단계를 위한 추가의 출발 반응 기체 혼합물 (1)은 다음의 조성 윤곽 내에 있을 수 있다:The further starting reaction gas mixture (1) for the first reaction stage suitable according to the invention can be in the following compositional contour:
7 내지 11 부피%의 프로펜,7-11 volume percent propene,
6 내지 12 부피%의 물,6-12 volume% water,
프로펜, 물, 산소 및 질소 이외의 성분 0 이상 5 부피%까지,From 0 to 5% by volume of components other than propene, water, oxygen and nitrogen,
존재하는 산소 대 존재하는 분자상 프로펜의 몰비가 1.4 내지 2.2인 충분한 분자상 산소, 및 Sufficient molecular oxygen, wherein the molar ratio of oxygen present to molecular propene present is 1.4 to 2.2, and
총 량 100 부피%까지 나머지의 분자상 질소.Residual molecular nitrogen up to 100% by volume total.
상기 출발 반응 기체 혼합물 (1)에 사용되는 프로펜은 특히, 예를 들면 DE-A 10232748에 기재된 바와 같은 중합체-등급(polymer-grade) 프로펜 및 화학적-등급(chemical-grade) 프로펜이다. Propenes used in the starting reaction gas mixture (1) are in particular polymer-grade propenes and chemical-grade propenes as described, for example, in DE-A 10232748.
첫 번째 단계("프로펜 → 아크롤레인")의 충진 기체 혼합물의 부분은 순환 기체로 알려진 것일 수 있음이 이 시점에서 또한 언급되어야 한다. 이는 두 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물로부터 두 번째 반응 단계에 통상적으로 뒤따르는 후처리에서 생성물을 제거 (아크릴산 제거)한 후에 남는 기체이고 일반적으로 상기 첫 번째 및/또는 두 번째 반응 단계를 충진하기 위한 실질적으로 비활성인 희석 기체로서 부분적으로 재순환된다. It should also be mentioned at this point that the part of the filling gas mixture of the first stage (“propene → acrolein”) may be known as the circulating gas. This is the gas remaining after the product is removed (acrylic acid removal) from the product gas mixture of the second reaction stage, usually in the workup following the second reaction stage, and is generally intended to fill the first and / or second reaction stage. Partially recycled as a substantially inert diluent gas.
사용되는 산소 원천은 통상적으로 공기이다.The oxygen source used is typically air.
본 발명에 따르는 방법에서 출발 반응 기체 혼합물 (1)의 고정된 촉매 베드 (1) (여기에서는 순수한 비활성 부분은 제외) 상에서의 시간 당 공간 속도는 전형적으로 1000 내지 10000 l (STP)/l?h, 일반적으로 1000 내지 5000 l (STP)/l?h, 빈번하게는 1500 내지 4000 l (STP)/l?h일 것이다. In the process according to the invention the space velocity per hour on the fixed catalyst bed (except here the pure inert portion) of the starting reaction gas mixture (1) is typically from 1000 to 10000 l (STP) / l? H , Generally 1000 to 5000 l (STP) / l-h, frequently 1500 to 4000 l (STP) / l-h.
중간 냉각을 완료한 후, 상기 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물은 선택적으로 두 번째 반응 단계에 공급된다. 두 번째 반응 단계에 필요한 산소는 상기 첫 번째 단계를 위한 상기 출발 반응 기체 혼합물 (1)에 이미 과량으로 첨가되었을 수 있고, 따라서, 상기 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물의 성분일 수 있다. 이러한 경우, 선택적으로 중간 냉각된 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물이 바로 두 번째 반응 단계의 충진 기체 혼합물일 수 있다. 그러나, 아크롤레인으로부터 아크릴산을 제조하는 두 번째 산화 단계에 필요한 일부 또는 모든 산소는, 산소가 예를 들면 공기의 형태로 두 번째 반응 단계로 들어갈 때까지 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물에 첨가되지 않을 수도 있다. 상기 첨가는 첫 번째 반응 단계의 생성물 기체 혼합물의 직접 냉각과 관련될 수도 있다. After completion of the intermediate cooling, the product gas mixture of the first reaction stage is optionally fed to the second reaction stage. The oxygen required for the second reaction stage may already have been added in excess to the starting reaction gas mixture (1) for the first stage and thus may be a component of the product gas mixture of the first reaction stage. In this case, optionally the product gas mixture of the intermediate cooled first reaction stage may be the packed gas mixture of the second reaction stage. However, some or all of the oxygen required for the second oxidation step for producing acrylic acid from acrolein may not be added to the product gas mixture of the first reaction step until oxygen enters the second reaction step, for example in the form of air. have. The addition may involve direct cooling of the product gas mixture of the first reaction step.
상기 언급된 관계로부터 결과되어, 상기 두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체 혼합물(출발 반응 기체 혼합물 2)에 존재하는 비활성 기체는 예를 들면 20 부피 % 이상, 또는 30 부피% 이상, 또는 40 부피% 이상, 또는 50 부피% 이상, 또는 60 부피% 이상, 또는 70 부피% 이상, 또는 80 부피% 이상, 또는 90 부피% 이상, 또는 95 부피% 이상의 분자상 질소로 구성될 수 있다. As a result of the above mentioned relationship, the inert gas present in the filling gas mixture (starting reaction gas mixture 2) for the second reaction step is for example at least 20% by volume, or at least 30% by volume, or at least 40% by volume. Or at least 50%, or at least 60%, or at least 70%, or at least 80%, or at least 90%, or at least 95% by volume of molecular nitrogen.
그러나, 두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체 혼합물 중 비활성 희석 기체는 예를 들면 5 내지 25 또는 20 중량%의 H2O (상기 첫 번째 반응 단계에서 형성되고 선택적으로 첨가된) 및 70 내지 90 부피%의 N2로 빈번하게 이루어질 것이다.However, the inert diluent gas in the fill gas mixture for the second reaction step is for example 5 to 25 or 20% by weight of H 2 O (formed and optionally added in the first reaction step) and 70 to 90% by volume. N 2 will be made frequently.
그러나, 상기 250 l (STP)/l?h를 초과한 고정된 촉매 베드 (2) 상에서 아크롤레인의 시간 당 공간 속도에서는, 프로판, 에탄, 메탄, 부탄, 펜탄, CO2, 수증기 및/또는 비활성 기체와 같은 비활성 희석제 기체의 사용이 본 발명에 따르는 방법을 위해 권장된다. 그러나, 이들 기체는 상대적으로 낮은 아크롤레인의 시간 당 공간 속도에서도 사용될 수 있음이 잘 인식될 것이다.However, at an hourly space velocity of acrolein on a fixed
본 발명에 따른 아크롤레인의 기체 상 부분 산화에서 작업 압력은 대기압보다 낮거나 (예를 들면 0.5 bar 이하) 대기압보다 높을 수 있다. 전형적으로, 아크롤레인의 기체 상 부분 산화에서 작업 압력은 1 내지 5 bar, 빈번하게는 1 내지 3 bar의 값일 것이다. The working pressure in the gas phase partial oxidation of acrolein according to the invention can be below atmospheric pressure (eg below 0.5 bar) or above atmospheric pressure. Typically, the working pressure in the gas phase partial oxidation of acrolein will be a value of 1 to 5 bar, frequently 1 to 3 bar.
통상적으로, 본 발명의 아크롤레인 부분 산화에서 반응 압력은 100 bar를 초과하지 않을 것이다. Typically, the reaction pressure in the acrolein partial oxidation of the present invention will not exceed 100 bar.
본 발명에 따르는 방법에서 고정된 촉매 베드 (2)를 통과하는 두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체 혼합물 중 O2:아크롤레인의 몰 비는 통상적으로 1 이상일 것 이다. 전형적으로, 상기 비율은 3 이하의 값일 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 언급된 충진 기체 혼합물 중 O2:아크롤레인의 몰 비는 빈번히 1 내지 2 또는 1 내지 1.5일 것이다. 많은 경우에, 본 발명에 따르는 방법은 1:(1 내지 3):(0 내지 20):(3 내지 30), 바람직하게는 1:(1 내지 3):(0.5 내지 10):(7 내지 20)의, 출발 반응 기체 혼합물 (2) (두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체 혼합물) 중 아크롤레인:산소:수증기:비활성 기체 부피 비(l (STP))로 수행될 것이다. In the process according to the invention the molar ratio of O 2 : acrolein in the filling gas mixture for the second reaction step through the fixed
두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체 혼합물 중 아크롤레인 분량은 예를 들면 3 또는 6 내지 15 부피%, 바람직하게는 4 또는 6 내지 10부피%, 또는 5 내지 8 부피%(각 경우 총 부피 기준)의 값일 수 있다. 본 발명에 따르는 방법에서 충진 기체 혼합물(출발 반응 기체 혼합물 2)의 고정된 촉매 베드 (2)(순수한 비활성 부분을 제외하고) 상에서의 시간 당 공간 속도는, 상기 첫 번째 반응 단계에서와 마찬가지로, 전형적으로 1000 내지 10000 l (STP)/l?h, 일반적으로 1000 내지 5000 l (STP)/l?h, 빈번하게는 1500 내지 4000 l (STP)/l?h일 것이다. The amount of acrolein in the fill gas mixture for the second reaction step may be, for example, a value of 3 or 6 to 15% by volume, preferably 4 or 6 to 10% by volume, or 5 to 8% by volume (in each case by total volume). Can be. The space velocity per hour on the fixed catalyst bed 2 (except the pure inert portion) of the packed gas mixture (starting reaction gas mixture 2) in the process according to the invention is, as in the first reaction step above, typical And 1000 to 10000 l (STP) / l? H, generally 1000 to 5000 l (STP) / l? H, frequently 1500 to 4000 l (STP) / l? H.
본 발명에 따르는 방법을 수행할 때, 컨디셔닝된 후의 신선한 고정된 촉매 베드 (1)은, 출발 반응 기체 혼합물 (1)의 조성을 결정하고 출발 반응 기체 혼합물 (1)의 고정된 촉매 베드 (1) 상에서의 시간 당 공간 속도를 결정한 후, 반응 기체 혼합물 (1)의 상기 고정된 촉매 베드 (1)로의 1회 통과 시 프로펜의 변환율 Cpro가 적어도 93 몰%가 되도록 고정된 촉매 베드 (1)의 온도(또는 관 다발 반응기의 가열 영역 내로 들어오는 가열 매질의 진입 온도)를 조절하는 방식으로 통상적으로 수행될 것이다. 바람직한 촉매가 사용될 경우, Cpro 값은 94 몰% 이상, 또는 95 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 97 몰% 이상이고, 빈번하게는 심지어 그 이상도 가능하다.When carrying out the process according to the invention, a fresh, fixed catalyst bed (1) after conditioning determines the composition of the starting reaction gas mixture (1) and on the fixed catalyst bed (1) of the starting reaction gas mixture (1) After determining the hourly space velocity of the catalyst bed (1) fixed so that the conversion rate C pro of propene is at least 93 mol% in one passage of the reaction gas mixture (1) to said fixed catalyst bed (1) It will typically be done in a manner that controls the temperature (or the temperature at which the heating medium enters into the heating zone of the tube bundle reactor). If a preferred catalyst is used, the C pro value is at least 94 mol%, or at least 95 mol%, or at least 96 mol%, or at least 97 mol%, and frequently even more.
상기 불균질 촉매된 부분 산화가 연속적으로 수행될 경우, 출발 반응 기체 혼합물 (1)의 조성 및 출발 반응 기체 혼합물 (1)의 고정된 촉매 베드 (1) 상에서의 시간 당 공간 속도는 실질적으로 일정하게 유지될 것이다 (필요하다면 상기 시간 당 공간 속도는 변동하는 시장 수요에 적응된다). 시간 경과에 따른 고정된 촉매 베드 (1)의 활성의 저하는, 이따금 상기 고정된 촉매 베드의 온도(상기 관 다발 반응기의 온도 영역 내로 들어가는 가열 매질의 진입 온도)를 증가시켜, 원하는 목표 통로 내에서 반응 기체 혼합물의 1회 통과 시 프로펜의 변환율을 유지함으로써 (즉, 93 몰% 이상, 또는 94 몰% 이상, 또는 95 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 97 몰% 이상의 Cpro로) (상기 가열 매질의 유량도 마찬가지로 통상적으로는 실질적으로 일정하게 유지됨), 통상적으로 상기 제조 조건 하에 방해될 것이다. 그러나, 그러한 방법은 본 문서의 서두에서 기재한 단점을 수반한다. If the heterogeneously catalyzed partial oxidation is carried out continuously, the composition of the starting reaction gas mixture (1) and the space velocity per hour on the fixed catalyst bed (1) of the starting reaction gas mixture (1) are substantially constant Will be maintained (if necessary, the hourly space velocity is adapted to changing market demands). Degradation of the activity of the fixed
따라서, 상기 방법은 본 발명에 의하여, 분자상 산소, 비활성 기체 및 선택적으로 수증기로 이루어진 기체 혼합물 G를 250 내지 550℃의 고정된 촉매 베드 (1) 온도에서 상기 고정된 촉매 베드 (1)로 통과시키기 위해 이따금 기체 상 부분 산화를 중지하는 것이 유리하다. 이어서, 상기 공정 조건을 실질적으로 유지하면서 부분 산화를 계속하고 (고정된 촉매 베드 (1) 상에서 프로펜의 시간 당 공간 속도를 점차적으로 회복시키는 것이 바람직하다) 프로펜 변환율이 원하는 목표 값에 도달하도록 상기 고정된 촉매 베드 (1)의 온도를 조절한다. 일반적으로, 같은 변환율을 위해, 상기 온도 값은 부분 산화의 중지 및 기체 혼합물 G를 이용한 본 발명의 처리 이전에 상기 고정된 촉매 베드 (1)이 가졌던 온도보다 어느 정도 더 낮은 값일 것이다. 고정된 촉매 베드 (1)의 상기 온도 값에서 출발하여, 부분 산화는 나머지 조건을 실질적으로 유지하면서 계속되고, 시간의 경과에 따른 고정된 촉매 베드 (1)의 활성 저하는 이따금씩 고정된 촉매 베드 (1)의 온도를 증가시킴으로써 다시 적절하게 저지될 것이다. 예를 들면 이어지는 1 년 이내에, 본 발명에 따라 적절하게는, 기체 혼합물 G를 본 발명의 방법에 의해 상기 고정된 촉매 베드 (1)로 통과시키기 위해, 부분 산화는 다시 적어도 1회 중지될 것이다. 그 후, 부분 산화는 본 발명에 따라 유리하게는 기재된 등과 같이 다시 시작된다.Thus, the process passes according to the invention a gas mixture G consisting of molecular oxygen, an inert gas and optionally water vapor, to the fixed
상응하는 방식으로, 본 발명에 따르는 방법을 수행할 때, 컨디셔닝된 후의 신선한 고정된 촉매 베드 (2)는, 첫 번째 반응 단계의 작업 및 출발 반응 기체 혼합물 (2)의 조성을 결정하고 출발 반응 기체 혼합물 (2)의 고정된 촉매 베드 (2) 상에서의 시간 당 공간 속도를 결정한 후, 출발 반응 기체 혼합물 (2)의 상기 고정된 촉매 베드 (2)로의 1회 통과 시 아크롤레인의 변환율 Cacr가 적어도 90 몰%가 되도록 고정된 촉매 베드 (2)의 온도(또는 관 다발 반응기의 가열 영역 내로 들어오는 가열 매질의 진입 온도)를 조절하는 방식으로 통상적으로 수행될 것이다. 바람직한 촉매가 사용될 경우, Cacr 값은 92 몰% 이상, 또는 94 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 98 몰% 이상이고, 빈번하게는 심지어 99 몰% 이상 및 그 이상도 가능하다.In a corresponding manner, when carrying out the process according to the invention, the fresh, fixed catalyst bed (2) after conditioning determines the composition of the starting reaction gas mixture (2) and the operation of the first reaction stage and the starting reaction gas mixture After determining the hourly space velocity on the fixed catalyst bed (2) of (2), the conversion rate C acr of acrolein in one pass of the starting reaction gas mixture (2) to the fixed catalyst bed (2) is at least 90 It will usually be done in a manner that controls the temperature of the catalyst bed 2 (or the entry temperature of the heating medium entering into the heating zone of the tube bundle reactor) fixed to molar%. If a preferred catalyst is used, the C acr value is at least 92 mol%, or at least 94 mol%, or at least 96 mol%, or at least 98 mol%, frequently even at least 99 mol% and more.
상기 불균질 촉매된 부분 산화가 연속적으로 수행될 경우, 출발 반응 기체 혼합물 (2)의 조성 및 출발 반응 기체 혼합물 (2)의 고정된 촉매 베드 (2) 상에서의 시간 당 공간 속도는 실질적으로 일정하게 유지될 것이다 (필요하다면 상기 시간 당 공간 속도는 변동하는 시장 수요에 적응된다). 이따금 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도(상기 관 다발 반응기의 온도 영역 내로 들어가는 가열 매질의 진입 온도)를 증가시켜, 원하는 목표 구간 내에서 충진 기체 혼합물의 1회 통과 시 아크롤레인의 변환율을 유지함으로써 (즉, 90 몰% 이상, 또는 92 몰% 이상, 또는 94 몰% 이상, 또는 96 몰% 이상, 또는 98 몰% 이상, 또는 99 몰% 이상의 값으로) (상기 가열 매질의 유량도 마찬가지로 통상적으로는 실질적으로 유지됨), 통상적으로 상기 제조 조건 하에서 시간 경과에 따른 고정된 촉매 베드 (2)의 활성의 저하가 방지될 것이다. 그러나, 그러한 방법은 본 문서의 서두에서 기재한 단점을 수반한다.If the heterogeneously catalyzed partial oxidation is carried out continuously, the composition of the starting
따라서, 본 발명에 따라 유리하게는, 상기 방법은 기체 혼합물 G를 200 내지 450℃의 고정된 촉매 베드 (2) 온도에서 고정된 촉매 베드 (1)을 경유하여 고정된 촉매 베드 (2)로 통과시키기 위해, 고정된 촉매 베드 (2)의 미리 정해진 온도가 영구적으로 10℃ 이상 또는 8 ℃ 이상 증가되기 전에 (미리 조정된 고정된 촉매 베드 (2)의 온도를 기준으로) 적어도 1회 기체 상 부분 산화를 중지할 것이다. 이어서, 상기 공정 조건을 실질적으로 유지하면서 부분 산화를 계속하고 (예를 들면 DE-A 10337788에 기재된 것과 같이 고정된 촉매 베드 (2) 상에서 아크롤레인의 시간 당 공간 속도를 서서히 회복시키는 것이 바람직하다) 상기 고정된 촉매 베드 (2)의 온도는 아크롤레인 변환율이 원하는 목표 값을 수득하도록 조절한다. 일반적으로, 같은 변환율을 위해, 상기 온도 값은 부분 산화의 중지 및 기체 혼합물 G를 이용한 본 발명 처리 이전에 상기 고정된 촉매 베드 (2)가 가졌던 온도보다 어느 정도 더 낮은 값일 것이다. 고정된 촉매 베드 (2)의 상기 온도 값에서 출발하여, 부분 산화는 나머지 조건을 실질적으로 유지하면서 계속되고, 시간의 경과에 따른 고정된 촉매 베드 (2)의 활성 저하는 이따금씩 고정된 촉매 베드 (2)의 온도를 증가시킴으로써 다시 적절하게 저지될 것이다. 수행되고 있던 고정된 촉매 베드 (2)의 온도가 영구적으로 10℃ 이상 또는 8℃ 이상 증가되기 전에, 상기 부분 산화는 본 발명에 따라, 본 발명의 방식으로 고정된 촉매 베드 (1)을 경유하여 고정된 촉매 베드 (2)를 통해 기체 혼합물 G를 통과시키기 위해, 적어도 1회 다시 중지된다. 그 후, 상기 부분 산화는, 본 발명에 따라 유리하게는, 기재된 등과 같이 다시 시작된다. Thus, according to the invention, the process advantageously passes the gas mixture G into the fixed
프로펜을 아크릴산으로 본 발명의 2-단계 불균질 촉매된 기체 상 부분 산화시키는 장기 수행에서, 양 반응 단계에서 고온점 확장의 정도가 종래 기술 공정에서보다 더 유리한 성질을 갖는다는 점이 경이적이다. In the long-term performance of the two-step heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propene with acrylic acid, it is surprising that the degree of hot spot expansion in both reaction steps has more advantageous properties than in prior art processes.
즉, 본 발명에 따르는 방법은 한편으로는 반응기 계에서 고정된 촉매 베드가 부분적으로 또는 완전히 교환되어야 하기까지 상기 고정된 촉매 베드의 보다 긴 흐름 시간을 가능하게 한다. 다른 한편, 시간 경과에 따라 집적되는 수득된 반응물 변환율이 마찬가지로 증가되고 목적 생성물 형성의 선택성이 마찬가지로 촉진된다. 여기에 기여하는 하나의 요인은, 예를 들면 본 발명에 따르는 방법에서 특정 고온점의 위치는 두 반응 단계 모두에서 고정적으로 유지되거나 놀랍게도 통상적으로 특정 고정된 촉매 베드 내로 충진 기체 혼합물의 진입 지점의 방향으로 이동한다는 점이다. 따라서 반응 기체 혼합물 중 특정 반응 단계에서 고온점은 아크롤레인 함량 (첫 번째 반응 단계) 또는 아크릴산 함량 (두 번째 반응 단계)이 아직도 매우 현저하지 않은 영역 내로 점점 더 많이 이동한다. 이는 어쩌면 이미 형성된 아크롤레인 또는 이미 형성된 아크릴산이 고온점 온도의 영향 하에 부분적으로 바람직하지 않게 완전 연소되는 것을 감소시킨다. 고온점 온도는 본 발명에 따르는 방법에서 관 다발 반응기 중, 예를 들면 EP-A 873 783, WO 03-076373 및 EP-A 1 270 065에 기재된 바와 같은 열 관에 의해 측정된다. 관 다발 반응기 내부의 그러한 열 관의 수는 적절하게는 4 내지 20 개이다. 유리하게는 이들은 관 다발 내부에서 균일한 분포로 배열된다. That is, the process according to the invention on the one hand allows for a longer flow time of the fixed catalyst bed until the fixed catalyst bed in the reactor system has to be partially or completely exchanged. On the other hand, the reactant conversion yielded to accumulate over time is likewise increased and the selectivity of the desired product formation is likewise promoted. One factor contributing to this is that, for example, in the process according to the invention the position of a particular hot point remains fixed in both reaction steps or surprisingly usually the direction of the entry point of the filling gas mixture into a particular fixed catalyst bed. Is to go to. Thus, in certain reaction stages of the reaction gas mixture, the hot spot moves more and more into the region where the acrolein content (first reaction stage) or acrylic acid content (second reaction stage) is still not very significant. This may possibly reduce the partially undesired complete combustion of the already formed acrolein or acrylic acid already formed under the influence of the hot spot temperature. The hot spot temperature is measured in a tube bundle reactor in the process according to the invention, for example by heat tubes as described in EP-A 873 783, WO 03-076373 and EP-
본 발명에 따르는 방법은 110 l (STP)/l?h 이상, 또는 120 l (STP)/l?h 이상, 또는 130 l (STP)/l?h 이상의 고정된 촉매 베드 (1) 상에서의 시간 당 공간 속도로 수행되는 경우 특히 유리하다. 고정된 촉매 베드 (2) 상에서 아크롤레인의 시간 당 공간 속도는 각 경우 20 l (STP)/l?h 까지 더 낮을 수 있다.The process according to the invention provides a time on a fixed catalyst bed (1) of at least 110 l (STP) / l-h, or at least 120 l (STP) / l-h, or at least 130 l (STP) / l-h. It is particularly advantageous when carried out at sugar space velocities. The hourly space velocity of acrolein on a fixed
본 발명에 따르는 방법에서 기체 혼합물 G는 그것이 고정된 촉매 베드 (1)로 통과할 때까지는 고정된 촉매 베드 (2)에 도달하지 않으므로, 이는 어떤 경우 본 발명의 유동 처리의 시작 시 5 부피% 이하의 CO를 함유한다. 이것이 불리하지 않 은 것으로 밝혀졌음이 경이적이다. 상기 CO 함량은 통상적으로 기간 tG 내에 그 시작 값 A로부터 상기 시작 값 A의 50% 미만, 바람직하게는 35% 미만, 더욱 바람직하게는 10% 미만, 또는 5% 미만인 값 E까지 하락한다. 가장 바람직하게는, CO 함량 C는 tG 내에 E=0의 값까지 하락한다. In the process according to the invention the gas mixture G does not reach the fixed
상기 언급된 사실들이 본 발명에 따라 유리한 것으로 밝혀졌다. The above mentioned facts have been found to be advantageous according to the invention.
같은 방법으로, 본 발명에 따르는 방법에서 산화 몰리브덴 수화물의 적은 함량이 존재할 경우 (ppm 범위로), 기체 혼합물 G가 고정된 촉매 베드 (2)로 들어갈 때, 유리한 경우 상기 고정된 촉매 베드 (1)로부터 또는 산화 몰리브덴으로부터 기체 혼합물 G에 의해 배출되는 상기 함량이 중간 냉각기에 침적되는 것이 유리함이 밝혀졌다. In the same way, when there is a small content of molybdenum oxide hydrate (in the ppm range) in the process according to the invention, when gas mixture G enters the fixed catalyst bed (2), the fixed catalyst bed (1) It has been found that it is advantageous for this content to be discharged by gas mixture G from or from molybdenum oxide to be deposited in the intermediate cooler.
생성물 기체 혼합물로부터 아크릴산의 제거 및 수반되는 순환 기체 형성은 WO 97/48669에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. Removal of acrylic acid from the product gas mixture and subsequent circulating gas formation can be carried out as described in WO 97/48669.
일반적으로, 갓 채워진 고정된 촉매 베드 (1 및 2)는, EP-A 990636 및 EP-A 1106598에 기재된 바와 같이, 고온점의 발생 및 그 온도 감도가 둘 다 매우 낮도록 하는 방식으로 배열될 것이다. 뿐만 아니라, 첫 번째 작동의 경우 및 본 발명의 방법이 수행된 후 재작동의 경우 모두, 반응물의 고정된 촉매 베드 상에서의 시간 당 공간 속도는 안정한 작업이 이루어질 때까지 100 l (STP)/l?h 이하의 값에서 초기에 유지되는 것이 유리할 것이다.In general, freshly filled
A) 첫 번째 반응 단계에서 사용되는 촉매의 제조A) Preparation of the catalyst used in the first reaction step
다음 화학양론을 갖는 반응성 금속 산화물 (II)를 갖는 환상의 지지되지 않은 촉매의 제조:Preparation of cyclic unsupported catalyst with reactive metal oxide (II) having the following stoichiometry:
[Bi2W2O9?2WO3]0.5[Mo12Co5 .5Fe2 .94Si1 .59K0 .06Ox]1 [Bi 2 W 2 O 9? 2WO 3] 0.5 [
1. 출발 조성물 1의 제조1. Preparation of Starting
209.3 kg의 텅스텐산(72.94 중량%의 W)을 775 kg의 질산 중 질산 비스무트 수용액(11.2 중량%의 Bi; 유리 질산 3 내지 5 중량%; 질량 밀도: 1.22 내지 1.27 g/ml)에 25℃에서 교반하면서 나누어 넣었다. 수득되는 수성 혼합물을 이어서 2 시간 동안 25℃에서 더 교반하고 이어서 분무-건조하였다. 209.3 kg of tungstic acid (72.94 wt% W) was added to an aqueous solution of bismuth nitrate (11.2 wt% Bi; 3 to 5 wt% free nitric acid; mass density: 1.22 to 1.27 g / ml) in 775 kg nitric acid at 25 ° C. Divided with stirring. The resulting aqueous mixture was then further stirred at 25 ° C. for 2 hours and then spray-dried.
분무-건조는 300 ± 10℃의 기체 입구 온도 및 100 ± 10℃의 기체 출구 온도에서 회전식 원판 분무 타워에서 반대 흐름으로 수행되었다. 이어서, 12 중량%의 연소 손실을 갖는 (공기 하에 600℃에서 3 시간 동안 연소) 수득되는 건조 분말(입자 크기는 실질적으로 균일하여 30 μm)을 16.8 중량%(분말 기준)의 물을 이용하여 혼련기에서 페이스트로 전환시키고 압출기(회전 모멘트: 50 Nm 이하)를 이용하여 직경 6 mm의 압출물로 압출시켰다. 이들을 6 cm 부분으로 절단하고, 공기 하에 3-영역 벨트 건조기 상에서 90-95℃(영역 1), 125℃(영역 2) 및 125℃(영역 3)의 온도로 120 분의 체류 시간 동안 건조시킨 다음, 780 내지 810℃ 범위의 온도에서 열처리하였다 (소성; 공기가 흐르는 회전식 관형 오븐 (용량 1.54 m3, 200 m3 (STP)의 공기/h) 중). 소성 온도를 정밀하게 조절할 때, 소성 생성물의 원하는 상 조성으로 지시되는 것이 필수적이다. 원하는 상은 WO3 (단사정계) 및 Bi2W2O9이다; γ-Bi2WO6 (러셀라이트, Russellite)의 존재는 바람직하지 않다. 따라서, 화합물 γ-Bi2WO6는 소성 후에도 x-선 분말 회절도에서 여전히 2θ = 28.4°(CuKα 방사)의 반사각에서 반사에 의해 검출가능해야 하며, 상기 반사가 사라질 때까지, 상기 제조는 반복되고 상기 소성 온도가 특정된 온도 범위에서 증가하거나 체류 시간이 일정한 소성 온도에서 증가되어야 한다. 이러한 방법으로 수득된 예비형성된 소성된 혼합 산화물을 수득되는 입자 크기의 X50 값(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition (1998) Electronic Release, Chapter 3.1.4 또는 DIN 66141 참고)이 5 mm가 되도록 연마하였다. 상기 연마된 물질을 그 후 1 중량%(연마된 물질 기준)의 사이퍼냇(Sipernat(R)) 형의 데구사(Degussa) 제품인 미분된 SiO2(벌크 밀도 150 g/l; SiO2 입자의 X50 값은 10 μm, BET 표면적은 100 m2/g)와 혼합하였다.Spray-drying was performed in reverse flow in a rotary disc spray tower at a gas inlet temperature of 300 ± 10 ° C. and a gas outlet temperature of 100 ± 10 ° C. The resulting dry powder (combustion at 600 ° C. for 3 hours under combustion) of 12% by weight was then kneaded using 16.8% by weight (based on powder) of water (particle size is substantially uniform 30 μm). To paste and extruded into an extrudate with a diameter of 6 mm using an extruder (rotation moment: 50 Nm or less). They are cut into 6 cm portions and dried under air at a temperature of 90-95 ° C. (zone 1), 125 ° C. (zone 2) and 125 ° C. (zone 3) on a 3-zone belt dryer for 120 minutes. Heat treatment at a temperature in the range from 780 to 810 ° C. (firing; in a rotary tubular oven with air flow (volume 1.54 m 3 , air at 200 m 3 (STP) / h)). When precisely controlling the firing temperature, it is necessary to dictate the desired phase composition of the firing product. Desired phases are WO 3 (monoteric) and Bi 2 W 2 O 9 ; The presence of γ-Bi 2 WO 6 (Russellite) is undesirable. Thus, compound γ-Bi 2 WO 6 should still be detectable by reflection at an angle of reflection of 2θ = 28.4 ° (CuKα radiation) in the x-ray powder diffractogram even after firing, and the preparation is repeated until the reflection disappears. And the firing temperature is increased in the specified temperature range or the residence time is increased at a constant firing temperature. The preformed calcined mixed oxide obtained in this way is obtained so that the X 50 value of the particle size obtained (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 th Edition (1998) Electronic Release, Chapter 3.1.4 or DIN 66141) is 5 mm. Polished. The polished material was then ground to 1% by weight (based on polished material) of finely divided SiO 2 (bulk density 150 g / l; Degussa product of Sipernat (R ) type) X of SiO 2 particles. 50 value was 10 μm and BET surface area was 100 m 2 / g).
2. 출발 조성물 2의 제조2. Preparation of Starting
213 kg의 칠몰리브덴산 암모늄 사수화물(81.5 중량%의 MoO3)을 60℃에서 교반하면서 600 l의 물에 용해시키고, 수득된 용액을 60℃를 유지하고 교반하면서 20℃의 수산화 칼륨 수용액 0.97 kg(46.8 중량%의 KOH)과 혼합하여 용액 A를 제조하였다. 213 kg of ammonium ammonium molybdate tetrahydrate (81.5 wt% MoO 3 ) was dissolved in 600 l of water at 60 ° C. with stirring, and the resulting solution was maintained at 60 ° C. and stirred with 0.97 kg of aqueous potassium hydroxide solution at 20 ° C. Solution A was prepared by mixing with (46.8 wt.% KOH).
116.25 kg의 질산 철(III) 수용액(14.2 중량%의 Fe)을 60℃에서 262.9 kg의 질산 코발트(II) 수용액(12.4 중량%의 Co) 내로 도입하여 용액 B를 제조하였다. 이어서, 60℃를 유지하면서, 용액 B를 초기에 충진된 용액 A 내로 30 분의 시간에 걸쳐 연속적으로 펌프 주입하였다. 이어서, 상기 혼합물을 60℃에서 15 분 동안 교반하였다. 다음, 19.16 kg의 듀퐁 제품인 루독스 실리카 겔(46.80 중량%의 SiO2, 밀도: 1.36 내지 1.42 g/ml, pH 8.5 내지 9.5, 최대 알칼리 함량 0.5 중량%)을 상기 수득된 수성 혼합물에 가하고, 그 혼합물을 그 후 60℃에서 15 분 동안 더 교반하였다. Solution B was prepared by introducing 116.25 kg of an aqueous solution of iron (III) nitrate (14.2 wt.% Fe) into 60. 9 kg of an aqueous solution of cobalt (II) nitrate (12.4 wt.% Co) at 60 ° C. Solution B was then pumped continuously over a period of 30 minutes into Solution A initially filled while maintaining 60 ° C. The mixture was then stirred at 60 ° C. for 15 minutes. Next, 19.16 kg of DuPont product Ludox silica gel (46.80 wt% SiO 2 , density: 1.36-1.42 g / ml, pH 8.5-9.5, maximum alkali content 0.5 wt%) was added to the aqueous mixture obtained above, The mixture was then further stirred at 60 ° C. for 15 minutes.
이어서, 상기 혼합물을 회전식 원판 분무 타워(기체 입구 온도: 400 ± 10℃, 기체 출구 온도: 140 ± 5℃)에서 반대 흐름으로 분무-건조하였다. 수득되는 분무 분말은 약 30 중량%의 연소 손실(공기 하에 600℃에서 3 시간 연소) 및 실질적으로 균일한 30 μm의 입자 크기를 가졌다. The mixture was then spray-dried in a reverse flow in a rotary disc spray tower (gas inlet temperature: 400 ± 10 ° C., gas outlet temperature: 140 ± 5 ° C.). The spray powder obtained had a combustion loss of about 30% by weight (burning for 3 hours at 600 ° C. under air) and a substantially uniform particle size of 30 μm.
3. 다금속 산화물 활성 조성물의 제조3. Preparation of Multimetal Oxide Active Compositions
출발 조성물 1을 출발 조성물 2와, 블레이드화된 헤드를 갖는 혼합기에서 [Bi2W2O9?2WO3]0.5[Mo12Co5.5Fe2.94Si1.59K0.08Ox]1의 화학양론을 갖는 다금속 산화물 활성 조성물에 필요한 양으로 균질하게 혼합하였다. 상기 언급된 전체 조성물을 기준으로, 팀칼 아게(Timcal AG, San Antonio, US)의 제품인 팀렉스(TIMREX) P44 형의 미분된 추가의 흑연 (체질 분석: 최소 50 중량% 24 mm 미만, 최대 10 중량% 24 μm 이상 48 μm 이하, 최대 5 중량% 48 μm 초과, BET 표면적: 6 내지 13 m2/g) 1 중량%를 균질하게 혼합해 넣었다. 수득되는 혼합물을 이어서 우묵한, 세로 홈을 가진 매끈한 롤(간격 폭: 2.8 mm, 체의 폭: 1.0 mm, 하부 입자 크기 체의 폭: 400 μm, 목표 압축력: 60 kN, 나사 회전 속도: 65 내지 70 회전/분)을 갖는 K200/100 압축기 형의 압축기 (호소카와 베펙스 게엠베하 (Hosokawa Bepex GmbH, D-73211 Leingarten의 제품) 내로 운반하였다. 수득되는 압축물은 10 N의 경도 및 400 μm 내지 1 mm의 실질적으로 균일한 입자 크기를 가졌다. Starting
이어서, 상기 압축물을 그 중량을 기준으로, 추가의 2 중량%의 동일한 흑연과 혼합한 다음 킬리안(Kilian, D-50735 Cologne)의 제품인 R x 73 형의 킬리안 회전식 정제화 프레스에서 질소 대기 하에 압축하여 19 N ± 3 N의 측부 분쇄 강도를 갖는 5 mm x 3 mm x 2 mm의 기하학(외경 x 길이 x 내경)의 고리 형태를 가진 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체를 수득하였다. The compact was then mixed, based on its weight, with an additional 2% by weight of the same graphite and then compressed under a nitrogen atmosphere in a Kilian rotary tableting press of type R x 73, manufactured by Kilian, D-50735 Cologne. An unsupported catalyst precursor body was obtained having a ring shape of 5 mm x 3 mm x 2 mm geometry (outer diameter x length x inner diameter) with side grinding strength of 19 N ± 3 N.
본 문서에서, 측부 분쇄 강도는 상기 고리 형태를 가진 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체가 그 원통 표면에 직각으로 (즉 고리 입구의 표면에 평행하게) 압축될 때의 분쇄 강도를 의미한다. In this document, lateral grinding strength means the crush strength when the unsupported catalyst precursor body having the annular shape is compressed at right angles to its cylindrical surface (ie parallel to the surface of the ring inlet).
본 문서에서 모든 측부 분쇄 강도는 쯔빅 게엠베하 (Zwick GmbH & Co., D-89079 Ulm)의 제품인 Z 2.5 / TS1S 형의 재료 시험기를 이용한 측정에 관계된다. 상기 재료 시험기는 단일-운동량의, 고정된, 동적인 또는 변하는 윤곽을 갖는 준-정적인(quasistatic) 응력에 대하여 고안된 것이다. 이는 인장, 압축 및 굽힘 시험에 적합하다. 제조자 번호 03-2038을 갖는 A.S.T. (D-01307 Dresden)의 제품인 KAF-TC 형의 설치된 힘 변환기는 DIN EN ISO 7500-1에 준하여 보정되었고 1 - 500 N 측정 범위에 대하여 사용될 수 있었다 (상대적 측정 불확실성: ±0.2%).All side break strengths in this document are related to measurements using a Z 2.5 / TS1S type material tester from Zwick GmbH & Co., D-89079 Ulm. The material tester is designed for single-momentum, quasistatic stresses with fixed, dynamic or varying contours. It is suitable for tensile, compression and bending tests. A.S.T. with manufacturer no. 03-2038. The installed force transducer of type KAF-TC (D-01307 Dresden) was calibrated in accordance with DIN EN ISO 7500-1 and could be used for the 1-500 N measuring range (relative measurement uncertainty: ± 0.2%).
측정은 다음 변수로 수행되었다:The measurement was performed with the following parameters:
초기 힘: 0.5 N.Initial Force: 0.5 N.
초기 힘의 속도: 10 mm/분.Initial force speed: 10 mm / min.
시험 속도: 1.6 mm/분.Test speed: 1.6 mm / min.
상부 다이를 먼저 상기 고리 형태를 가진 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체의 원통 표면 바로 위까지 서서히 내렸다. 다음, 상부 다이를 중지하고, 이어서 더 이상의 낮춤을 위해 필요한 최소의 초기 힘으로 현저하게 더 느린 시험 속도로 내렸다.The upper die was first slowly lowered just above the cylindrical surface of the unsupported catalyst precursor body having the annular shape. The upper die was then stopped and then lowered to a significantly slower test rate with the minimum initial force needed for further lowering.
형태화된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체가 균열 형성을 나타내는 초기 힘이 측부 분쇄 강도(SCS)이다. The initial force at which the shaped unsupported catalyst precursor body exhibits crack formation is the side break strength (SCS).
최종 열 처리를 위해, 각 경우 1000 g의 형태화된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체를 공기에 의해 흐르는 소음 로(muffle furnace)(용량 60 l, 형태화된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체 1 그램 당 1 l/h의 공기)에서 실온(25℃)으로부터 190℃까지 180℃/h의 가열 속도로 가열하였다. 상기 온도를 1 시간 동안 유지한 다음 60℃/h의 가열 속도로 210℃까지 증가시켰다. 210℃의 온도를 다시 1 시간 동안 유지한 다음, 이를 60℃/h의 가열 속도로 230℃까지 증가시켰다. 상기 온도를 마찬가지로 1 시간 동안 유지한 후, 이를 다시 60℃/h의 가열 속도로 265℃까지 증가시켰다. 265℃의 온도를 이어서 마찬가지로 1 시간 동안 유지하였다. 그 후, 상기 로를 먼저 실온까지 식히고, 이와 같이 분해 단계를 실질적으로 완료하였다. 상기 로를 그 후 180℃/h의 가열 속도로 465℃까지 가열하고 상기 소성 온도를 4 시간 동안 유지하였다. For the final heat treatment, in each case 1000 g of the unsupported catalyst precursor body is air flowed through a muffle furnace (capacity 60 l, 1 l per gram of the unshaped catalyst catalyst body shaped). / h air) was heated from room temperature (25 ° C.) to 190 ° C. at a heating rate of 180 ° C./h. The temperature was maintained for 1 hour and then increased to 210 ° C. at a heating rate of 60 ° C./h. The temperature of 210 ° C. was maintained for another hour, then it was increased to 230 ° C. at a heating rate of 60 ° C./h. The temperature was likewise maintained for 1 hour and then again increased to 265 ° C. at a heating rate of 60 ° C./h. The temperature of 265 ° C. was then maintained for 1 hour as well. The furnace was then cooled to room temperature first and thus the decomposition step was substantially completed. The furnace was then heated to 465 ° C. at a heating rate of 180 ° C./h and the firing temperature was maintained for 4 hours.
고리 형태를 가진 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체로부터 환상의 지지되지 않은 촉매를 수득하였다. A cyclic, unsupported catalyst was obtained from the unsupported catalyst precursor body in the form of a ring.
수득되는 환상의 지지되지 않은 촉매의 경우, 비표면적 S, 총 세공 부피 V, 총 세공 부피에 가장 크게 기여하는 세공 직경 dmax, 및 총 세공 부피 중 직경이 0.1 μm 초과 1 μm 이하인 세공 직경의 백분율은 다음과 같았다:In the case of the cyclic unsupported catalyst obtained, the specific surface area S, the total pore volume V, the pore diameter d max which contributes the most to the total pore volume, and the percentage of the pore diameter whose diameter is greater than 0.1 μm and no more than 1 μm in the total pore volume Was as follows:
S = 7.6 cm2/g.S = 7.6 cm 2 / g.
V = 0.27 cm3/g.V = 0.27 cm 3 / g.
dmax [μm] = 0.6.d max [μm] = 0.6.
V0 .1 1-% = 79. V 0 .1 1 -% = 79 .
또한, 겉보기 질량 밀도 대 진정한 질량 밀도 ρ의 비 R(EP-A 1340538에서 정의된 바와 같은)은 0.66이었다. In addition, the ratio R of the apparent mass density to the true mass density ρ (as defined in EP-A 1340538) was 0.66.
산업적 규모에서, 동일한 환상의 촉매가 DE-A 10046957의 실시예 1에 기재된 것과 같은 벨트 소성 장치(분해 (쳄버 1 내지 4) 중 베드 높이가 1.46 시간의 쳄버 당 체류 시간에서 유리하게는 44 mm였고, 소성 중 (쳄버 5 내지 8), 이는 4.67 시간의 체류 시간에서 유리하게는 130 mm였다)를 이용하는 열 처리에 의해 제조되었으며; 쳄버는 1.29 m2(분해)의 표면적 (1.40 m의 균일한 쳄버 길이에서)을 가졌고 회전식 송풍기를 이용하여 흡인되는 75 m3 (STP)/h의 공급 공기에 의한 거친-체 벨트를 통해 아래로부터 유동하였다. 쳄버 내에서, 목표 값으로부터 일시적 및 국부적인 온도 편차는 항상 2℃ 이하였다. 그 외의 과정은 DE-A 10046957의 실시예 1에 기재된 바와 같았다. On an industrial scale, the same annular catalyst was advantageously 44 mm at a residence time per chamber of 1.46 hours, in a belt firing apparatus (decomposition (chambers 1-4) as described in example 1 of DE-A 10046957 , By firing (
B) 두 번째 반응 단계에 사용된 촉매의 제조B) Preparation of the catalyst used in the second reaction step
1. 출발 조성물 1 및 2의 제조에서 소성을 위해 사용되는 회전식 관형 로의 일반적 명세1. General Specification of Rotary Tubular Furnaces Used for Firing in the Preparation of Starting
회전식 관형 로의 개략도를 본 문서에 첨부된 도 1에 나타낸다. 이하의 참고 숫자는 도 1과 관련한다. A schematic diagram of a rotary tubular furnace is shown in FIG. 1 attached to this document. The following reference numerals relate to FIG. 1.
회전식 관형 로의 중심 요소는 회전식 관(1)이다. 그 길이는 4000 mm이고 내경은 700 mm이다. 이는 1.4893 스텐레스 스틸로 제조되었고 10 mm의 벽 두께를 갖는다. The central element of the rotary tubular furnace is the
상기 회전식 관형 로의 내벽 상에 5 cm의 높이 및 23.5 cm의 길이를 갖는 들어올리는 창(lifting lances)을 올려 놓는다. 이들은 상기 회전식 관형 로에서 열적으로 처리될 물질을 들어올리고, 따라서 이를 혼합할 목적으로 주로 작용한다. Lifting lances having a height of 5 cm and a length of 23.5 cm are placed on the inner wall of the rotary tubular furnace. They serve primarily for the purpose of lifting up the material to be thermally treated in the rotary tubular furnace and thus mixing it.
상기 회전식 관형 로의 하나의 같은 높이에, 원주를 둘러 같은 거리로 (각 경우 90°간격) 각각의 경우 4 개의 들어올리는 창(4중체, quadruple)을 올려 놓는다. 상기 회전식 관형 로를 따라서 8 개의 그러한 4중체를 배치한다 (각각 23.5 cm 거리로). 두 인접한 4중체의 들어올리는 창은 원주 상에서 서로에 대하여 상쇄 된다. 상기 회전식 관형 로의 시작 및 말단(첫 번째 및 마지막 23.5 cm)에는 들어올리는 창이 없다. At one same height of the rotary tubular furnace, four lifting windows (quadruples) are placed in each case at the same distance around the circumference (90 ° in each case). Eight such quadrants are placed along the rotary tubular furnace (23.5 cm apart each). Lifting windows of two adjacent quadrants cancel against each other on the circumference. There is no lifting window at the beginning and end (first and last 23.5 cm) of the rotary tubular furnace.
상기 회전식 관은 회전식 관의 길이로 연속적인 4 개의 전기적으로 가열되는 (저항 가열) 가열 영역을 갖는 직평행육면체 (2)에서 자유로 회전하고, 같은 길이의 것이며, 그 각각은 상기 회전식 관형 로의 원주를 둘러싼다. 가열 영역의 각각은 적절한 회전식 관 부분을 실온과 850℃ 사이의 온도로 가열할 수 있다. 각 가열 영역의 최대 가열 출력은 30 kW이다. 전기 가열 영역 및 회전식 관의 외표면 사이의 거리는 약 10 cm이다. 시작 및 말단에서, 상기 회전식 관은 상기 직평행육면체를 너머 약 30 cm 돌출된다. The rotary tube freely rotates in a
회전 속도는 분 당 0 내지 3 회전 사이에서 변동가능하게 조절될 수 있다. 상기 회전식 관은 왼쪽으로 또는 오른쪽으로 회전할 수 있다. 오른쪽으로 회전하는 경우, 물질이 회전식 관에 남고; 왼쪽으로 회전할 경우에, 물질은 입구(3)로부터 출구(4)로 운반된다. 상기 회전식 관의 수평에 대한 경사 각은 0°과 2°사이에서 변동가능하게 조절될 수 있다. 배치식 작업에서, 이는 사실 상 0°이다. 연속적인 작업에서는, 상기 회전식 관의 가장 낮은 지점이 물질의 출구에 있다. 상기 회전식 관은 상기 전기 가열 영역의 스위치를 내리고 통풍기(5)의 스위치를 켬으로써 신속히 냉각될 수 있다. 이는 상기 직평행육면체의 하부 바닥의 구멍(6)을 통해 주위 공기를 흡인하고, 이를 뚜껑에 있는 변동가능하게 조절가능한 구멍을 갖는 3 개의 플랩(7)을 통해 운반한다.The rotation speed can be variably adjusted between 0 and 3 revolutions per minute. The rotatable tube can rotate left or right. When rotating to the right, material remains in the rotary tube; When rotating to the left, the material is carried from the
물질 입구는 회전식 스타 공급기(rotary star feeder)(질량 제어)를 통해 제 어된다. 물질의 출구는 이미 언급된 바와 같이 회전식 관의 회전 방향을 통해 제어된다. The material inlet is controlled via a rotary star feeder (mass control). The outlet of the material is controlled via the direction of rotation of the rotary tube as already mentioned.
회전식 관의 배치식 작업의 경우, 250 내지 500 kg의 양의 물질이 열적으로 처리될 수 있다. 상기 양은 통상적으로 회전식 관의 가열된 부분에만 배치된다. In the case of batch operation of rotary tubes, an amount of 250 to 500 kg of material can be thermally treated. The amount is typically placed only in the heated portion of the rotary tube.
상기 회전식 관의 중심 축 위에 놓인 창(8)으로부터, 3 개의 열적 요소(9) 모두가 800 mm의 간격으로 상기 물질 내에 수직으로 이른다. 이들은 물질의 온도 측정을 가능하게 한다. 본 문서에서, 물질의 온도는 세 열적 요소 온도의 산술 평균을 의미한다. 본 발명에 따르면, 상기 회전식 관에서 물질 내부의 두 측정된 온도의 최대 편차는 적절하게는 30℃ 미만, 바람직하게는 20℃ 미만, 더욱 바람직하게는 10℃ 미만, 가장 바람직하게는 5 또는 3℃ 미만이다. From the
기류가 회전식 관을 통과할 수 있으며, 이에 의해 소성 대기 또는 일반적으로 물질의 열 처리의 대기가 조절될 수 있다. Airflow can pass through the rotary tube, whereby the firing atmosphere or generally the atmosphere of the heat treatment of the material can be controlled.
히터(10)는 상기 회전식 관 내로 통과하는 상기 기류를 그것이 회전식 관 내로 들어가기 전에 원하는 온도로 (예를 들면 그 물질에 대하여 상기 회전식 관에서 요구하는 온도로) 가열하는 가능성을 제공한다. 히터의 최대 출력은 1 x 50 kW + 1 x 30 kW이다. 원리적으로, 상기 히터(10)는 예를 들면 간접 열 교환기일 수 있다. 그러한 히터는 원리적으로 냉각기로 사용될 수도 있다. 그러나, 이는 일반적으로 기류가 전기를 이용하여 가열된 금속 와이어에 걸쳐 통과되는 전기 히터(적절하게는 C. Schniewindt KG, 58805 Neuerade, Germany의 제품인 97D/80 CSN 유동 히터)이다.The
원리적으로, 상기 회전식 관 장치는 상기 회전식 관을 통과하는 기류를 부분적으로 또는 완전히 재순환시키는 가능성을 제공한다. 이러한 목적을 위해 필요한 재순환 라인이 상기 회전식 관 입구 및 회전식 관 출구에 볼 베어링을 이용하거나 흑연 압력 봉합을 이용하여 이동 방식으로 상기 회전식 관에 연결된다. 이러한 연결을 비활성 기체(예, 질소)(장벽 기체)로 정화시킨다. 이들 두 정화 기류(11)는 회전식 관으로 들어가는 입구에서 및 회전식 관으로부터의 출구에서 상기 회전식 관을 통과하는 기류를 보충한다. 적절하게는, 상기 회전식 관은 그 시작부 및 그 말단에서 좁혀져서 상기 재순환 라인의 관 내로 분사하여 각각 이를 이끌어 들이고 나가게 한다.In principle, the rotary tube device offers the possibility of partially or completely recycling the airflow through the rotary tube. The recirculation line required for this purpose is connected to the rotary tube in a mobile manner using ball bearings or graphite pressure seals at the rotary tube inlet and rotary tube outlet. This connection is purified with an inert gas (eg nitrogen) (barrier gas). These two
상기 회전식 관을 통과하는 기류의 출구의 하류에 기류와 함께 실린 고체 입자를 제거하기 위한 사이클론(12)이 배치되어 있다 (상기 원심분리기는 원심력과 중력의 상호작용에 의해 기체 상에 현탁되어 있는 고체 입자를 분리하며; 나선으로 회전하는 기류의 원심력은 상기 현탁된 입자들의 침강을 가속화한다).A
순환 기류(24)의 운반(기체 순환)은 사이클론의 방향에서 흡인하여 다른 방향으로 밀어 넣는 순환 기체 압축기(13)(송풍기)에 의해 수행된다. 상기 순환 기체 압축기의 바로 하류에서, 기체 압력은 일반적으로 1 기압보다 높다. 상기 순환 기체 압축기의 하류에 순환 기체 출구가 배치되어 있다 (순환 기체는 조절 밸브(14)를 통해 배출될 수 있다). 상기 출구의 하류에 배치된 칸막이(약 3의 인자에 의한 단면적 감소, 압력 경감기)(15)가 배출을 용이하게 한다. The conveyance (gas circulation) of the circulating
상기 회전식 관 출구의 하류에서 압력은 조절 밸브에 의해 제어될 수 있다. 이는 상기 회전식 관 출구의 하류에 놓여진 압력 센서(16), 상기 조절 밸브를 향해 흡인하는 배출기체 압축기(17)(송풍기), 순환 기체 압축기(13) 및 새로운 기체 공급과 조합되어 수행된다. 외부 압력에 대하여, 상기 회전식 관 출구의 (바로) 하류의 압력은 예를 들면 +1.0 mbar까지 더 높고, 예를 들면 -1.2 mbar까지 더 낮도록 조정될 수 있다. 달리 말하면, 상기 회전식 관을 통해 유동하는 기류의 압력은 그것이 회전식 관을 떠날 때 상기 회전식 관의 주위 압력보다 낮을 수 있다. Downstream of the rotary tube outlet, the pressure can be controlled by a control valve. This is done in combination with a
상기 회전식 관을 통과하는 기류를 적어도 부분적으로 순환시키고자 의도하지 않을 경우에는, 사이클론(12)과 순환 기체 압축기(13) 사이의 연결을 3-방향 밸브 구조(26)로 만들고, 상기 기류를 배출기체 청정 장치(23) 내로 직접 통과시킨다. 상기 순환 기체 압축기의 하류에 배치된 배출기체 청정 장치로의 연결은 이 경우 마찬가지로 3-방향 밸브 구조에 의해 만들어진다. 기류가 실질적으로 공기로 이루어지는 경우, 이는 이 경우에 순환 기체 압축기(13)을 통해 흡인된다 (27). 사이클론으로의 연결은 3-방향 밸브 구조에 의해 만들어진다. 이 경우, 상기 기류는 상기 회전식 관을 통해 바람직하게 흡인되어, 회전식 관의 내부 압력이 주위 압력보다 낮도록 한다. If not intending to at least partially circulate the airflow through the rotary tube, the connection between the
상기 회전식 관형 로 장치를 연속적으로 작동하는 경우, 상기 회전식 관 출구 하류의 압력은 외부 압력보다 -0.2 mbar 낮게 조정되는 것이 유리하다. 상기 회전식 관 장치를 배치식으로 작동하는 경우, 상기 회전식 관 출구 하류의 압력은 외부 압력 아래 -0.8 mbar로 조정되는 것이 유리하다. 약간 감소된 압력은 주위 공기가 상기 회전식 관형 로에서 나오는 기체 혼합물로 오염되는 것을 방지할 목적으로 작용한다. When continuously operating the rotary tubular furnace apparatus, the pressure downstream of the rotary tube outlet is advantageously adjusted to be -0.2 mbar lower than the external pressure. When the rotary tube device is operated batchwise, the pressure downstream of the rotary tube outlet is advantageously adjusted to -0.8 mbar below the external pressure. The slightly reduced pressure serves to prevent the ambient air from being contaminated with the gas mixture exiting the rotary tubular furnace.
순환 기체 압축기와 사이클론 사이에 예를 들면 순환 기체의 암모니아 함량 및 산소 함량을 측정하는 센서(18)가 배치된다. 암모니아 센서는 하나의 광학적 측정 구조에 의해 바람직하게 작동하며 (특정 파장의 빛의 흡수가 기체 중 암모니아 함량에 비례적인 관계를 가짐) 적절하게는 퍼킨 앤 엘머(Perkin & Elmer)의 제품인 MCS 100 기기이다. 산소 센서는 산소의 상자성인 성질을 기초로 하며, 적절하게는 옥시매트 (Oxymat) MAT SF 7MB1010-2CA01-1AA1-Z 형의 지멘스(Siemens)의 제품인 옥시매트이다. Between the circulating gas compressor and the cyclone a
상기 칸막이(15)와 히터(10)의 사이에서, 공기, 질소, 암모니아 또는 여타 기체와 같은 기체를, 사실상 재순환된 순환 기체 분획(9) 내로 계량해 넣을 수 있다. 빈번하게는, 질소의 기초 부하가 (20)에서 계량된다. 별도의 질소/공기 분배기(splitter)(21)가 상기 산소 센서의 측정에 대하여 반응하도록 사용될 수 있다. Between the
배출된 순환 기체 분획(22)(배출기체)은 빈번하게는 NOx, 아세트산, NH3 등과 같은 기체를 함유하는데, 이들은 완전히 안전하지 않으며, 이것이 그들이 배출기체 청정 장치(23)에서 통상적으로 제거되는 이유이다. The discharged circulating gas fraction 22 (exhaust gas) frequently contains gases such as NO x , acetic acid, NH 3, etc., which are not completely safe, which are normally removed from the exhaust gas
이러한 목적으로, 상기 배출기체는 먼저 세정 컬럼(그 출구의 상류에 분리하는 구조를 갖는 충진물을 포함하는 내장을 갖지 않는 컬럼)을 통과하고; 상기 배출기체 및 수성 분무된 안개는 반대흐름 및 같은 흐름으로 통과한다 (마주보는 분무 방향을 갖는 2 개의 분무 노즐).For this purpose, the exhaust gas first passes through a scrubbing column (column with no internal organs comprising a filling having a structure separating upstream of its outlet); The exhaust gas and aqueous sprayed mist pass in the opposite flow and in the same flow (two spray nozzles with opposite spray directions).
세정 컬럼을 빠져나와, 상기 배출기체는, 그 내부로부터 침투성 배출기체가 배출되는 미세 먼지 필터(일반적으로 일련의 주머니(bag) 필터)를 포함하는 장치 내로 통과한다. 마지막으로 소음로에서 소각을 수행한다. Upon exiting the scrubbing column, the exhaust gas passes into the apparatus including a fine dust filter (generally a series of bag filters) from which the permeable exhaust gas is discharged. Finally incineration is carried out in the furnace.
쿠르쯔 인스트루먼츠 사(KURZ Instruments, Inc., Montery (USA))의 제품인 455 Jr 모델의 센서(28)가 상기 회전식 관으로 공급되며 장벽 기체에 대한 것과는 다른 기류의 유량을 측정 및 제어하기 위해 사용된다 (측정 원리: 등온 풍력계를 이용하는 열-대류 질량 유동 측정). A sensor 455 of model 455 Jr, manufactured by Kurz Instruments, Inc., Montery (USA), is fed into the rotary tube and used to measure and control the flow rate of airflow other than that for the barrier gas. (Measurement principle: Thermo-convective mass flow measurement using an isothermal anemometer).
연속적인 작업의 경우, 물질 및 기체 상은 상기 회전식 관형 로를 반대흐름으로 통과한다.In the case of continuous operation, the material and gas phases pass in reverse flow through the rotary tubular furnace.
본 실시예와 관련하여, 질소는 항상 99 부피%를 초과하는 순도를 갖는 질소를 의미한다.In the context of this example, nitrogen always means nitrogen having a purity of greater than 99% by volume.
2. Cu1Mo0 .5W0 .5O4의 화학양론을 갖는 출발 조성물 (1)(상 B)의 제조2. Preparation of Cu 1 Mo 0 .5 W 0 .5 starting composition (1) (phase B) with the stoichiometry of the O 4
98 l의 25중량% NH3 수용액을 603 l의 물에 가하였다. 이어서, 100 kg의 아세트산 구리(II) 수화물(함량: 40.0 중량%의 CuO)을 상기 수성 혼합물에 용해시켜, 3.9 중량%의 Cu를 함유하고 실온인, 투명한 짙은 청색의 수용액 1을 수득하였다. 98 l of 25 wt% NH 3 aqueous solution was added to 603 l of water. 100 kg of copper (II) acetate hydrate (content: 40.0 wt.% CuO) was then dissolved in the aqueous mixture to give a clear dark blue
용액 1과는 별도로, 620 l의 물을 40℃로 가열하였다. 40℃를 유지하면서, 27.4 kg의 칠몰리브덴산 암모늄 사수화물(81.5 중량%의 MoO3)을 교반하면서 20 분 내에 거기에 용해시켰다. 다음, 40.4 kg의 파라텅스텐산 암모늄 칠수화물(88.9 중량%의 WO3)를 가하고, 90℃로 가열한 후, 상기 온도에서 45 분 내에 교반하면서 용 해시켰다. 투명한 등황색의 수용액 2가 수득되었다. Apart from
이어서, 수용액 1을 90℃에서 용액 2 내에 교반하며 넣었는데, 상기 과정에서 전체 혼합물의 온도가 80℃ 미만으로 떨어지지 않았다. 수득되는 수성 현탁액을 80℃에서 30 분 동안 교반하였다. 그 후, 이를 니로-아토마이저(Niro-Atomizer, Copenhagen)의 제품인 S-50-N/R 분무 건조기(기체 입구 온도: 315℃, 기체 출구 온도: 110℃, 같은 방향)를 이용하여 분무-건조시켰다. 분무된 분말은 2 내지 50 μm의 입자 직경을 가졌다. Subsequently, the
이러한 방법으로 수득된 100 kg의 밝은 녹색 분무 분말을 AMK(Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik)의 제품인 VIU 160 혼련기(시그마(Sigma) 블레이드) 내로 계량하여 넣고 8 l의 물을 가하여 혼련하였다 (체류 시간: 30 분, 온도: 40 내지 50℃). 그 후, 상기 혼련된 물질을 압출기 내로 비우고 압출기(Bonnot Company (Ohio)의 제품인 유형: G 103-10/D7A-572K (6" 압출기 W/Packer))를 이용하여 압출물(길이: 1-10 cm; 직경: 6 mm)로 형태화하였다. 벨트 건조기에서, 상기 압출물을 120℃의 온도(물질 온도)에서 1 시간 동안 건조시켰다. 이어서 상기 건조된 압출물을 "1."에서 기재한 회전식 관형 로에서 다음과 같이 열 처리(소성)하였다:100 kg of light green spray powder obtained in this way was weighed into VIU 160 kneader (Sigma blade) manufactured by Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik (AMK) and kneaded by adding 8 l of water (retention time) : 30 minutes, temperature: 40-50 ° C.). The kneaded material was then emptied into an extruder and extruded (length: 1-10) using an extruder (type: G 103-10 / D7A-572K (6 "extruder W / Packer), manufactured by Bonnot Company (Ohio)). cm; diameter: 6 mm) In a belt dryer, the extrudate was dried for 1 hour at a temperature (material temperature) of 120 ° C. The dried extrudate was then rotated as described in " 1. " The tubular furnace was heat treated (baked) as follows:
- 열 처리는 압출물 50 kg/h의 물질 투입으로 연속적으로 수행되었다;The heat treatment was carried out continuously with a mass loading of 50 kg / h of extrudate;
- 회전식 관의 수평에 대한 경사 각은 2°였다;The angle of inclination of the rotary tube with respect to the horizontal was 2 °;
- 상기 물질에 반대흐름으로, 75 m3 (STP)/h의 공기 흐름이 상기 회전식 관 을 통과하였고 25℃에서 총 (2x25) 50 m3 (STP)/h의 장벽 기체에 의해 보충되었다;Opposite the material, an air stream of 75 m 3 (STP) / h was passed through the rotary tube and supplemented with a total of (2 × 25) 50 m 3 (STP) / h barrier gas at 25 ° C .;
- 상기 회전식 관 출구의 하류 압력은 외부 압력보다 0.8 mbar 아래였다; The downstream pressure of the rotary tube outlet was 0.8 mbar below the external pressure;
- 상기 회전식 관은 1.5 회전/분으로 왼쪽으로 회전하였다; The rotatable tube was rotated to the left at 1.5 revolutions per minute;
- 순환 기체 방법이 사용되지 않았다;No circulating gas method was used;
- 회전식 관을 통한 압출물의 첫 번째 통과시, 회전식 관의 외벽 온도는 340℃였고; 기류는 20 내지 30℃의 온도에서 상기 회전식 관을 통과하였다;On the first pass of the extrudate through the rotary tube, the outer wall temperature of the rotary tube was 340 ° C .; Airflow passed through the rotary tube at a temperature of 20 to 30 ° C;
- 이어서, 상기 압출물을 다음과 같은 상이점 외에는 같은 처리량 및 같은 조건 하에 상기 회전식 관을 통과시켰다:The extrudate was then passed through the rotary tube under the same throughput and under the same conditions except for the following differences:
- 회전식 관의 온도를 790℃로 조정하고; The temperature of the rotary tube is adjusted to 790 ° C .;
- 기류를 400℃의 온도로 가열된 회전식 관 내로 통과시킴. Passing the airflow into a rotary tube heated to a temperature of 400 ° C.
이어서, 적갈색의 색상을 갖는 압출물을 호소카와-알파인(Hosokawa-Alpine (Augsburg))의 제품인 BQ 500 바이플렉스(Biplex) 교차 흐름 분류 밀 상에서 3 내지 5 μm의 평균 입자 직경으로 연마하였다. 이러한 방법으로 수득된 출발 조성물 1은 1 m2/g 이하의 BET 표면적을 가졌다. X-선 회절을 사용하여 다음 상을 결정하였다:The reddish brown color extrudate was then ground to an average particle diameter of 3-5 μm on a BQ 500 Biplex cross flow sorting mill from Hosokawa-Alpine (Augsburg). Starting
1. 철망간 중석(wolframite) 구조를 갖는 CuMoO4-III;1. CuMoO 4 -III having a wire manganese wolframite structure;
2. HT 몰리브덴산 구리. 2. HT copper molybdate.
3. CuSb2O6의 화학양론을 갖는 출발 조성물 (2)(상 C)의 제조3. Preparation of Starting Composition (2) (Phase C) having a Stoichiometry of CuSb 2 O 6
52 kg의 삼산화 안티몬(99.9 중량%의 Sb2O3)을 교반하면서 216 l의 물(25℃)에 현탁시켰다. 수득되는 수성 현탁액을 80℃로 가열하였다. 이어서, 80℃를 유지하면서 20 분 동안 교반을 계속하였다. 다음, 40 kg의 30 중량% 과산화수소 수용액을 1 시간 내에 가하고, 그 도중에 80℃의 온도를 유지하였다. 상기 온도를 유지하면서, 1.5 시간 동안 교반을 계속하였다. 다음, 60℃의 물 20 l를 가하여 수성 현탁액 1을 수득하였다. 618.3 kg의 암모니아성 아세트산 구리(II) 수용액(용액 1 kg 당 60.8 g의 아세트산 구리 및 용액 618.3 kg 중 25 중량% 암모니아 수용액 75 l)을 70℃의 온도에서 상기 용액에 교반하며 넣었다. 상기 혼합물을 그 후 95℃로 가열하고 상기 온도에서 30 분 동안 교반을 계속하였다. 다음, 70℃의 물 50 l를 더 가하고, 그 혼합물을 80℃로 가열하였다. 52 kg of antimony trioxide (99.9 wt.% Sb 2 O 3 ) were suspended in 216 l of water (25 ° C.) with stirring. The aqueous suspension obtained was heated to 80 ° C. The stirring was then continued for 20 minutes while maintaining 80 ° C. Next, 40 kg of 30% by weight aqueous hydrogen peroxide solution was added within 1 hour while maintaining a temperature of 80 ° C. While maintaining the temperature, stirring was continued for 1.5 hours. Next, 20 l of water at 60 ° C. was added to give an
마지막으로, 상기 수성 현탁액을 분무-건조하였다 (Niro-Atomizer (Copenhagen)의 제품인 S-50-N/R 분무 건조기, 기체 입구 온도 360℃, 기체 출구 온도 110℃, 같은 방향). 분무 분말은 2 내지 50 μm의 입자 직경을 가졌다. Finally, the aqueous suspension was spray-dried (S-50-N / R spray dryer from Niro-Atomizer (Copenhagen), gas inlet temperature 360 ° C., gas outlet temperature 110 ° C., in the same direction). The spray powder had a particle diameter of 2-50 μm.
이러한 방법으로 수득된 분무 분말 75 kg을 AMK(Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik)의 제품인 VIU 160 혼련기(시그마 블레이드) 내에 계량하여 넣고, 12 l의 물을 가하여 혼련시켰다 (체류 시간: 30 분, 온도 40 내지 50℃). 그 후, 혼련된 물질을 압출기 내로 비우고 (상 B의 제조에서와 동일한 압출기) 압출기를 이용하여 압출물(길이 1 내지 10 cm; 직경 6 mm)로 형태화하였다. 벨트 건조기 상에서, 상기 압출물을 120℃의 온도(물질 온도)로 1 시간 동안 건조시켰다. 75 kg of spray powder obtained in this way were weighed into VIU 160 kneader (Sigma blade) manufactured by Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik (AMK) and kneaded by adding 12 l of water (retention time: 30 minutes, temperature 40-50 ° C.). The kneaded material was then emptied into an extruder (the same extruder as in the preparation of phase B) and shaped into an extrudate (length 1-10 cm;
이러한 방법으로 수득된 250 kg의 압출물을 "1."에서 기재한 회전식 관형 로에서 다음과 같이 열처리(소성)하였다:250 kg of extrudate obtained in this way were heat treated (baked) in the rotary tubular furnace described in "1." as follows:
- 열 처리는 250 kg의 물질 양으로 배치식으로 수행되었다;The heat treatment was carried out batchwise with an amount of material of 250 kg;
- 회전식 관의 수평에 대한 경사는 약 0°였다;The slope to the horizontal of the rotary tube was about 0 °;
- 상기 회전식 관은 1.5 회전/분으로 우측으로 회전하였다;The rotary tube was rotated to the right at 1.5 revolutions per minute;
- 205 m3 (STP)/h의 기류를 상기 회전식 관으로 통과시켰다; 열 처리의 시작 시, 이는 장벽 기체로서 180 m3 (STP)/h의 공기 및 1 x 25 m3 (STP)/h의 N2로 구성되었고; 상기 회전식 관에서 나온 기류는 추가의 1 x 25 m3 (STP)/h의 N2에 의해 보충되었다; 상기 전체 기류의 22 내지 25 부피%를 상기 회전식 관 내로 재순환시키고, 나머지는 배출시켰다; 상기 배출물의 양은 장벽 기체에 의해, 나머지는 신선한 공기에 의해 보충되었다;An air flow of 205 m 3 (STP) / h was passed through the rotary tube; At the start of the heat treatment, it consisted of 180 m 3 (STP) / h of air and 1 × 25 m 3 (STP) / h of N 2 as barrier gas; Airflow from the rotary tube was supplemented by an additional 1 × 25 m 3 (STP) / h N 2 ; 22-25% by volume of the total air stream was recycled into the rotary tube, with the remainder drained; The amount of the discharge was supplemented by barrier gas and the rest by fresh air;
- 기류를 25℃의 회전식 관 내로 통과시켰다;Airflow was passed through a rotary tube at 25 ° C .;
- 회전식 관 출구의 하류 압력은 외부 압력(대기압)보다 0.5 mbar 아래였다;The downstream pressure of the rotary tube outlet was 0.5 mbar below the external pressure (atmospheric pressure);
- 물질의 온도를 초기에 25℃에서 250℃까지 1.5 시간 내에 선형적으로 증가시켰고; 물질의 온도를 그 후 2 시간 내에 250℃로부터 300℃로 선형적으로 증가시켰으며 상기 온도를 2 시간 동안 유지하였다; 다음, 물질의 온도를 3 시간 내에 300℃로부터 405℃로 선형적으로 증가시켰고 그 온도를 이어서 2 시간 동안 유지하였다; 다음, 가열 영역의 스위치를 내리고, 공기를 흡인함으로써 상기 회전식 관의 신속한 냉각을 활성화하여 물질 내부의 온도를 1 시간 내에 100℃ 아래로 낮추고, 최종적으로 상온까지 냉각시켰다. The temperature of the material initially increased linearly within 25 hours from 25 ° C. to 250 ° C .; The temperature of the material was then linearly increased from 250 ° C. to 300 ° C. within 2 hours and maintained at this temperature for 2 hours; The temperature of the material was then linearly increased from 300 ° C. to 405 ° C. in 3 hours and the temperature was then maintained for 2 hours; Then, by switching off the heating zone and drawing in air, rapid cooling of the rotary tube was activated to lower the temperature inside the material to below 100 ° C. in 1 hour and finally cooled to room temperature.
수득되는 분말형 출발 조성물 (2)는 0.6 m2/g의 BET 비표면적 및 CuSb2O6의 조성을 가졌다. 수득되는 분말의 분말 x-선 그림은 CuSb2O6의 회절 각을 실질적으로 나타내었다 (비교 스펙트럼 JCPDS-ICDD 인덱스의 17-0284).The obtained powdery starting composition (2) had a BET specific surface area of 0.6 m 2 / g and a composition of CuSb 2 O 6 . A powder x-ray plot of the resulting powder showed substantially the diffraction angle of CuSb 2 O 6 (17-0284 of the comparative spectrum JCPDS-ICDD index).
4. Mo12V3 .35W1 .38의 화학양론을 갖는 출발 조성물 (3)의 제조4. Preparation of the starting composition (3) having a stoichiometry of Mo 12 V 3 .35 W 1 .38
교반되는 탱크에 먼저 25℃의 물 900 l를 교반하면서 넣었다. 이어서, 122.4 kg 의 칠몰리브덴산 암모늄 사수화물(81.5 중량%의 MoO3)을 가하고, 그 혼합물을 교반하면서 90℃로 가열하였다. 90℃를 유지하면서 먼저 22.7 kg의 메타바나듐산 암모늄 및 마지막으로 22.0 kg의 파라텅스텐산 암모늄 칠수화물(88.9 중량%의 WO3)을 교반해 넣었다. 총 80 분 동안 90℃에서 교반하여 투명한 등황색 용액을 수득하였다. 이를 80℃로 식혔다. 80℃를 유지하면서, 먼저 18.8 kg의 아세트산(약 100 중량%, 빙초산)에 이어 24 l의 25 중량% 암모니아 수용액을 그 후에 교반하면서 넣었다. Into a stirred tank was first put 900 l of water at 25 ° C. with stirring. 122.4 kg ammonium molybdate tetrahydrate (81.5 wt.% MoO 3 ) was then added and the mixture was heated to 90 ° C. with stirring. While maintaining 90 ° C., 22.7 kg of ammonium metavanadate and finally 22.0 kg of ammonium paratungstate heptahydrate (88.9 wt.% WO 3 ) were stirred. Stirring at 90 ° C. for a total of 80 minutes gave a clear orange yellow solution. It was cooled to 80 ° C. While maintaining 80 ° C., 18.8 kg of acetic acid (about 100% by weight, glacial acetic acid) was added followed by 24 l of 25% by weight aqueous ammonia solution followed by stirring.
상기 용액은 투명한 등황색을 유지하였으며, 니로-아토마이저(Copenhagen)의 제품인 S-50-N/R 분무 건조기(기체 입구 온도: 260℃, 기체 출구 온도: 110℃, 같은 흐름)를 이용하여 분무-건조되었다. 수득되는 분무 분말이 출발 조성물 3을 형성하였고, 이는 2 내지 50 μm의 입자 직경을 가졌다. The solution remained clear orange yellow and sprayed using a S-50-N / R spray dryer (gas inlet temperature: 260 ° C., gas outlet temperature: 110 ° C., same flow) from Niro-Atomizer (Copenhagen). Dried. The spray powder obtained formed the starting
5. (Mo12V3 .46W1 .39)0.87(CuMo0 .5W0 .5O4)0.4(CuSb2O6)0.4의 화학양론을 갖는 열 처리될 건조 조성물의 제조 5. (Mo .39 12 V 3 .46 W 1) 0.87 (
AMK(Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik)의 제품인 2 개의 시그마 블레이드를 갖는 VIU 160 반죽 혼련기에, 75 kg의 출발 조성물 (3), 5.2 l의 물 및 6.9 kg의 아세트산(100 중량% 빙초산)을 먼저 넣고, 22 분 동안 혼련하였다. 이어서, 3.1 kg의 출발 조성물 1 및 4.7 kg의 출발 조성물 (2)를 가하고 8 분 동안 더 혼련시켰다 (T는 약 40 내지 50℃). In a VIU 160 dough kneader with two sigma blades from Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik (AMK), 75 kg of starting composition (3), 5.2 l of water and 6.9 kg of acetic acid (100% by weight glacial acetic acid) were first , 22 minutes kneading. Then 3.1 kg of starting
그 후, 상기 혼련된 물질을 압출기 내로 비우고 (상 B의 제조에서와 동일한 압출기), 압출기를 이용하여 압출물(길이 1 내지 10 cm, 직경 6 mm)로 형태화하였다. 이를 벨트 건조기 상에서 120℃의 온도(물질 온도)로 1 시간 동안 건조시켰다. The kneaded material was then emptied into an extruder (the same extruder as in the preparation of phase B) and shaped into an extrudate (length 1-10 cm,
이어서, 건조된 압출물 306 kg을 다음과 같이 "1."에 기재된 회전식 관형 로에서 열처리하였다. 306 kg of the dried extrudate were then heat treated in a rotary tubular furnace as described in " 1. "
- 열 처리는 306 kg의 물질 양으로 배치식으로 수행되었다;The heat treatment was carried out batchwise with a mass amount of 306 kg;
- 회전식 관의 수평에 대한 경사는 약 0°였다;The slope to the horizontal of the rotary tube was about 0 °;
- 상기 회전식 관은 1.5 회전/분으로 우측으로 회전하였다;The rotary tube was rotated to the right at 1.5 revolutions per minute;
- 초기에, 상기 물질 온도를 25℃로부터 100℃까지 2 시간 내에 실질적으로 선형적으로 증가시켰다; 그 동안, (실질적으로) 205 m3 (STP)/h의 질소 기류가 상기 회전식 관을 통해 공급되었다. 안정한 상태(원래 존재했던 공기가 치환된 후) 에서, 이는 다음 조성을 갖는다:Initially, the material temperature was increased substantially linearly within 2 hours from 25 ° C. to 100 ° C .; In the meantime, (substantially) a stream of nitrogen of 205 m 3 (STP) / h was supplied through the rotary tube. In a stable state (after the original air has been replaced), it has the following composition:
110 m3 (STP)/h의 기초부하 질소 (20),Basic load nitrogen (20), 110 m 3 (STP) / h
25 m3 (STP)/h의 장벽 기체 질소 (11), 및Barrier gas nitrogen (11) of 25 m 3 (STP) / h, and
70 m3 (STP)/h의 재순환된 순환 기체 (19).70 m 3 (STP) / h of recycled circulating gas (19).
장벽 기체 질소를 25℃의 온도에서 공급하였다. 두 다른 질소 흐름의 혼합물은 각 경우 물질이 상기 회전식 관이 가졌던 온도에서 각각의 경우 상기 회전식 관 내로 통과되었다. Barrier gas nitrogen was fed at a temperature of 25 ° C. A mixture of two different nitrogen streams was passed in each case into the rotary tube at the temperature at which the rotary tube had.
- 이어서, 상기 물질 온도를 0.7℃/분의 가열 속도로 100℃로부터 320℃까지 증가시켰다;The material temperature was then increased from 100 ° C. to 320 ° C. at a heating rate of 0.7 ° C./min;
300℃의 물질 온도가 얻어질 때까지, 205 m3 (STP)/h의 기류를 상기 회전식 관에 통과시켰고, 이는 다음 조성을 가졌다:Until a material temperature of 300 ° C. was obtained, an air flow of 205 m 3 (STP) / h was passed through the rotary tube, which had the following composition:
기초부하 질소(20) 및 회전식 관에 방출된 기체로 구성된 110 m3 (STP)/h,110 m 3 (STP) / h consisting of basic load nitrogen (20) and gases released to the rotary tube,
25 m3 (STP)/h의 장벽 기체 질소 (11) 및Barrier gas nitrogen (11) of 25 m 3 (STP) / h and
70 m3 (STP)/h의 재순환된 순환 기체 (19).70 m 3 (STP) / h of recycled circulating gas (19).
장벽 기체 질소를 25℃의 온도에서 공급하였다. 두 다른 기류의 혼합물은 각 경우 물질이 상기 회전식 관에서 가졌던 온도에서 각각의 경우 상기 회전식 관 내로 통과하였다. Barrier gas nitrogen was fed at a temperature of 25 ° C. The mixture of two different air streams in each case passed into the rotary tube at the temperature the material had in the rotary tube.
160℃의 물질 온도를 초과하는 것으로부터 300℃의 물질 온도를 얻기까지, 물질의 전체 열 처리 도중 방출된 암모니아의 총량 MA의 40 몰%가 상기 물질로부터 방출되었다. From above the material temperature of 160 ° C. to a material temperature of 300 ° C., 40 mol% of the total amount M A of the ammonia released during the entire heat treatment of the material was released from the material.
- 320℃의 물질 온도가 얻어지면, 상기 회전식 관에 공급된 기류의 산소 함량을 0 부피%로부터 1.5 부피%까지 증가시키고, 이를 이어지는 4 시간 동안 유지시켰다. Once a material temperature of 320 ° C. was obtained, the oxygen content of the air stream fed to the rotary tube was increased from 0% to 1.5% by volume and maintained for the next 4 hours.
동시에, 상기 회전식 관을 가열하는 4 개의 가열 영역에서의 온도를 5℃ 씩 (325℃까지) 저하시키고 이를 이어지는 4 시간 동안 유지시켰다. At the same time, the temperature in the four heating zones heating the rotary tube was lowered by 5 ° C. (up to 325 ° C.) and maintained for the next 4 hours.
물질 온도는, 340℃를 초과하지 않고 325℃를 넘는 온도 최고점을 통과한 다음, 상기 물질 온도는 325℃로 다시 떨어졌다. The material temperature passed a temperature peak above 325 ° C. without exceeding 340 ° C., and then the material temperature dropped back to 325 ° C.
205 m3 (STP)/h의 회전식 관을 통과하는 기류의 조성은 4 시간의 상기 기간에 걸쳐 다음과 같이 변화되었다:The composition of the airflow through the rotary tube of 205 m 3 (STP) / h changed as follows over the above 4 hour period:
기초부하 질소(20) 및 회전식 관에 방출된 기체로 구성된 95 m3 (STP)/h;95 m 3 (STP) / h consisting of basic load nitrogen (20) and gas released to the rotary tube;
25 m3 (STP)/h의 장벽 기체 질소 (11);Barrier gas nitrogen (11) of 25 m 3 (STP) / h;
70 m3 (STP)/h의 재순환된 순환 기체; 및70 m 3 (STP) / h of recycled circulating gas; And
분배기(21)에 의한 15 m3 (STP)/h의 공기.15 m 3 (STP) / h of air by the
장벽 기체 질소를 25℃의 온도에서 공급하였다.Barrier gas nitrogen was fed at a temperature of 25 ° C.
다른 기류의 혼합물은 각 경우 물질이 상기 회전식 관에서 가졌던 온도에서 각각의 경우 상기 회전식 관 내로 통과하였다. The mixture of different airflows in each case passed into the rotary tube at the temperature the material had in the rotary tube.
물질 온도가 300℃를 초과하여 4 시간이 경과할 때까지, 물질의 총 열 처리 도중 방출된 암모니아 총량 MA의 55 몰%가 물질로부터 방출되었다 (즉, 암모니아의 양 MA의 총 40 몰% + 55 몰% = 95 몰%가 4 시간이 경과하기 전에 방출된 것이다).Until 4 hours had elapsed since the material temperature exceeded 300 ° C., 55 mol% of the total amount of ammonia M A released during the total heat treatment of the substance was released from the substance (ie, total 40 mol% of the amount M A of ammonia). + 55 mol% = 95 mol% was released before 4 hours elapsed).
- 4 시간이 경과했을 때, 물질의 온도를 0.85℃/분의 가열 속도로 약 1.5 시간 동안 400℃까지 증가시켰다. After 4 hours, the temperature of the material was increased to 400 ° C. for about 1.5 hours at a heating rate of 0.85 ° C./min.
이어서, 상기 온도를 30 분 동안 유지시켰다. The temperature was then maintained for 30 minutes.
이 시간에 걸쳐 205 m3 (STP)/h의 회전식 관으로 공급된 기류의 조성은 다음과 같았다:The composition of the air flow fed to the rotary tube of 205 m 3 (STP) / h over this time was as follows:
기초부하 질소(20) 및 회전식 관에서 방출된 기체로 구성된 95 m3 (STP)/h;95 m 3 (STP) / h consisting of basic load nitrogen (20) and gas released from the rotary tube;
15 m3 (STP)/h의 공기 (분배기(21)); 15 m 3 (STP) / h of air (distributor 21);
25 m3 (STP)/h의 장벽 기체 질소 (11); 및Barrier gas nitrogen (11) of 25 m 3 (STP) / h; And
70 m3 (STP)/h의 재순환된 순환 기체.Recycled circulating gas of 70 m 3 (STP) / h.
장벽 기체 질소를 25℃에서 공급하였다. 다른 기류의 혼합물은 각 경우 물질이 상기 회전식 관에서 가졌던 온도에서 각각의 경우 상기 회전식 관 내로 통과 하였다. Barrier gas nitrogen was fed at 25 ° C. The mixture of different airflows in each case passed into the rotary tube at the temperature the material had in the rotary tube.
- 상기 물질의 온도를 감소시켜 소성을 종료하였다; 이를 위하여, 가열 영역의 스위치를 내리고, 흡인되는 공기에 의한 회전식 관의 신속한 냉각의 스위치를 켰으며, 상기 물질 온도는 2 시간 내에 100℃ 아래로 저하되었고 최종적으로 주위 온도까지 냉각되었다;Firing was terminated by reducing the temperature of the material; To this end, the heating zone was switched off and the rapid cooling of the rotary tube by the aspirated air was switched on, the material temperature lowered below 100 ° C. in 2 hours and finally cooled to ambient temperature;
가열 영역의 스위치를 내림으로써, 205 m3 (STP)/h의 상기 회전식 관으로 공급되는 기류의 조성은 다음의 혼합물로 변화되었다:By switching off the heating zone, the composition of the air flow fed to the rotary tube of 205 m 3 (STP) / h was changed to the following mixture:
기초부하 질소(20) 및 회전식 관에 방출된 기체로 구성된 110 m3 (STP)/h;110 m 3 (STP) / h consisting of basic load nitrogen (20) and gas released to the rotary tube;
0 m3 (STP)/h의 공기 (분배기(21)); 0 m 3 (STP) / h of air (distributor 21);
25 m3 (STP)/h의 장벽 기체 질소 (11); 및Barrier gas nitrogen (11) of 25 m 3 (STP) / h; And
70 m3 (STP)/h의 재순환된 순환 기체.Recycled circulating gas of 70 m 3 (STP) / h.
기류는 상기 회전식 관에 25℃의 온도에서 공급되었다. Airflow was supplied to the rotary tube at a temperature of 25 ° C.
- 전체 열 처리에 걸쳐서, 상기 회전식 관 출구의 (바로) 하류의 압력은 외부 압력보다 0.2 mbar 낮았다. Over the entire heat treatment, the pressure immediately downstream of the rotary tube outlet was 0.2 mbar lower than the external pressure.
6. 다금속 산화물 활성 조성물의 형태화6. Shaping of Multimetal Oxide Active Compositions
"5."에서 수득된 촉매 활성 물질을 BQ 500 바이플렉스 교차 흐름 분류 밀(Hosokawa-Alpine Augsburg)을 이용하여, 분말 입자의 50%가 1 내지 10 μm의 메쉬 폭을 갖는 체를 통과하고, 50 μm를 초과하는 가장 큰 치수를 갖는 입자분획이 1% 미만인 미분된 분말로 연마하였다.Catalytically active material obtained in " 5. " was obtained by using a BQ 500 biplex cross flow sorting mill (Hosokawa-Alpine Augsburg), where 50% of the powder particles passed through a sieve having a mesh width of 1 to 10 [mu] m. Particles with the largest dimension exceeding μm were ground to finely divided powder with less than 1%.
연마된 분말을 EP-B 714700의 S1에서와 같이 사용하여 환상의 지지 몸체(외경 7 mm, 길이 3 mm, 내경 4 mm, 45 μm의 표면 조도 Rz를 갖는 세람텍의 제품인 C220 형의 동석)를 피복하였다. 결합재는 75 중량%의 물과 25 중량%의 글리세롤로 된 수용액이었다. The polished powder was used as in S1 of EP-B 714700 to use an annular support body (Ceramics type C220, manufactured by Ceramtech, having a surface roughness Rz of 7 mm outer diameter, 3 mm length, 4 mm inner diameter and 45 μm). Coated. The binder was an aqueous solution of 75 wt% water and 25 wt% glycerol.
그러나, 수득되는 피복된 촉매의 선택된 활성 조성물 분획은, 상기 언급된 실시예 S1과는 달리, 20 중량%였다 (지지 몸체 및 활성 조성물의 총 중량을 기준으로). 분말과 결합재의 비는 비례적으로 적응되었다. However, the selected active composition fraction of the coated catalyst obtained was 20% by weight, unlike Example S1 mentioned above (based on the total weight of the support body and the active composition). The ratio of powder to binder was adapted proportionally.
도 2는 MA의 백분율을 ℃로 나타낸 물질 온도의 함수로서 보여준다. 도 3은 열 처리에 걸쳐 대기 중 암모니아 농도 A(부피%)를 ℃로 나타낸 물질 온도의 함수로서 보여준다. 2 shows the percentage of M A as a function of material temperature in degrees Celsius. 3 shows the atmospheric ammonia concentration A (vol%) as a function of material temperature in degrees Celsius over heat treatment.
C) 부분 산화의 수행C) performing partial oxidation
I. 첫 번째 반응 단계에서 일반적인 공정 조건의 명세I. Specification of general process conditions in the first reaction stage
사용된 열 교환 매질: 60 중량%의 질산 칼륨 및 40 중량%의 아질산 나트륨으로 구성된 염 용융물Heat exchange medium used: salt melt consisting of 60 wt% potassium nitrate and 40 wt% sodium nitrite
촉매 관의 재료: 페라이트 스틸Material of catalyst tube: ferrite steel
촉매 관의 치수: 길이 3200 mm; 내경 25 mm; 외경 30 mm (벽 두께: 2.5 mm)Dimension of catalyst tube: length 3200 mm;
관 다발 중 촉매 관의 수: 25500Number of catalyst tubes in the tube bundle: 25500
반응기: 직경 6800 mm의 원통형 용기; 자유로운 중앙 공간을 갖는 환상으로 배열된 관 다발Reactor: cylindrical vessel 6800 mm in diameter; Annularly arranged tube bundles with free central space
상기 중앙 자유 공간의 직경: 1000 mm, 용기 벽으로부터 가장 바깥쪽 촉매 관의 거리: 150 mm. 관 다발 내 균일한 촉매 관 분포 (촉매 관 하나 당 6 개의 동일거리의 이웃하는 관들).The diameter of the central free space: 1000 mm, the distance of the outermost catalyst tube from the vessel wall: 150 mm. Uniform catalyst tube distribution in the tube bundle (six equally spaced neighboring tubes per catalyst tube).
촉매 관 피치: 38 mm.Catalyst tube pitch: 38 mm.
촉매 관들은 125 mm 두께의 촉매 관 플레이트에서 그 말단에 의해 고정 및 봉합되었으며, 각각의 오리피스가 상기 용기의 상단 또는 하단에서 연결된 후드 내로 개방되어 있음.The catalyst tubes were fixed and sealed by their ends in a 125 mm thick catalyst tube plate, with each orifice open into a hood connected at the top or bottom of the vessel.
열 교환 매질의 관 다발로의 공급:Supply of tube bundle of heat exchange medium:
상기 관 다발은 세로 방향에서 4 개의 동일 거리(각각 730 mm)에 있는 세로 부분(영역)에서 상기 촉매 관 플레이트 사이에 연속적으로 놓여진 3 개의 편향 판(각 경우 10 mm 두께)에 의해 분할되어 있다. The tube bundle is divided by three deflection plates (10 mm thick in each case) placed successively between the catalyst tube plates at longitudinal sections (regions) at four equal distances (730 mm each) in the longitudinal direction.
가장 위쪽 및 가장 아래쪽 편향 판은 환상의 기하학을 가졌고, 환의 내경은 1000 mm였으며, 환의 외경은 용기 벽에까지 봉합으로 연장되었다. 촉매 관은 상기 편향 판에 고정 및 봉합되지 않았다. 오히려, 0.5 mm 미만의 간격 폭을 갖는 간격이 상기 염 용융물의 횡단 유량이 하나의 영역 내에서 실질적으로 일정하도록 남겨졌다. The top and bottom deflection plates had an annular geometry, the inner diameter of the ring was 1000 mm, and the outer diameter of the ring extended sutured to the vessel wall. The catalyst tube was not fixed and sealed to the deflection plate. Rather, an interval with an interval width of less than 0.5 mm was left such that the transverse flow rate of the salt melt was substantially constant within one region.
중간의 편향 판은 원형이었고 상기 관 다발의 가장 바깥쪽 촉매 관까지 연장되었다. The middle deflection plate was circular and extended to the outermost catalyst tube of the tube bundle.
2 개의 염 펌프에 의해 염 용융물의 재순환이 발생되었고, 상기 펌프 각각은 상기 관 다발의 세로 절반을 공급하였다. Recycling of the salt melt was caused by two salt pumps, each of which fed the longitudinal half of the tube bundle.
상기 펌프가 염 용융물을 반응기 재킷 주위의 바닥에 배열된 환상의 채널 내로 압축하여 넣고 상기 염 용융물을 용기 주위에 걸쳐서 분할하였다. 상기 염 용융물은 반응기 재킷에서 창을 통해 가장 낮은 세로 부분에서 상기 관 다발에 도달하였다. 그 후 염 용융물은 다음 순서로, 바닥에서 상단으로, 용기 전체에서 볼 때 실질적으로 굽이치는 방식으로, 상기 편향 판에 의해 지시된 대로 흘렀다:The pump compressed the salt melt into an annular channel arranged at the bottom around the reactor jacket and split the salt melt around the vessel. The salt melt reached the tube bundle in the lowest longitudinal portion through the window in the reactor jacket. The salt melt then flowed in the following order, as indicated by the deflection plate, in a way that bends substantially from the bottom to the top, as seen throughout the vessel:
- 외측으로부터 안쪽으로,From the outside to the inside,
- 내측으로부터 바깥쪽으로,From inside to outside,
- 외측으로부터 안쪽으로,From the outside to the inside,
- 내측으로부터 바깥쪽으로. 반응기 재킷 주위의 상단에 놓여진 환상의 채널에서 용기 원주 주위에서 가장 위쪽 세로 부분에 놓여진 창을 통해 수거된 염 용융물은, 원래의 입구 온도까지 냉각시킨 후, 펌프에 의해 더 낮은 환상의 채널 내로 다시 압축되었다. From inside to outside. The salt melt collected through the window placed in the top longitudinal part around the vessel circumference in the annular channel placed at the top around the reactor jacket is cooled to its original inlet temperature and then compressed back into the lower annular channel by the pump. It became.
출발 반응 기체 혼합물 (1)(공기, 화학적-등급의 프로필렌 및 순환 기체의 혼합물)의 조성은 작업 시간에 걸쳐 다음과 같은 구성 내에 있었다:The composition of the starting reaction gas mixture 1 (a mixture of air, chemical-grade propylene and circulating gas) was in the following configuration over the working time:
5 내지 7 부피%의 화학적-등급 프로펜,5-7% by volume of chemical-grade propene,
10 내지 14 부피%의 산소,10 to 14 volume percent oxygen,
1 내지 2 부피%의 COx,1-2 vol% CO x ,
1 내지 3 부피%의 H2O, 및1 to 3 volume percent H 2 O, and
80 부피% 이상의 N2.At least 80 volume% N 2 .
반응기 충진물: 염 용융물 및 반응 기체 혼합물을 반응기에 걸쳐서 볼 때 반대 방향으로 통과시켰다. 상기 염 용융물은 바닥으로부터 들어가고, 반응 기체 혼합물을 상단으로부터 들어갔다.Reactor Fill: The salt melt and reaction gas mixture were passed in the opposite direction when viewed across the reactor. The salt melt entered from the bottom and the reaction gas mixture entered from the top.
출발 시 염 용융물의 입구 온도(고정된 촉매 베드의 컨디셔닝 완료 시)는 약 337℃였다. The inlet temperature of the salt melt at the start (when conditioning of the fixed catalyst bed was complete) was about 337 ° C.
출발 시 염 용융물의 합쳐진 출구 온도는 약 339℃였다. The combined outlet temperature of the salt melt at the start was about 339 ° C.
펌프 출력은 6200 m3 염 용융물/h였다. The pump output was 6200 m 3 salt melt / h.
상기 출발 반응 기체 혼합물은 300℃의 온도에서 상기 반응기에 공급되었다. The starting reaction gas mixture was fed to the reactor at a temperature of 300 ° C.
고정된 촉매 베드 (1)의 프로펜 부하: 90 내지 120 l (STP)/l?hPropene load of fixed catalyst bed (1): 90 to 120 l (STP) / l? H
고정된 촉매 베드 (1)을 갖는 촉매 관 충진물(상단으로부터 바닥으로)은 다음과 같았다:The catalyst tube fill (from top to bottom) with the fixed
영역 A: 50 cmZone A: 50 cm
7 mm x 7 mm x 4 mm(외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 동석 고리로 된 예비 베드.Spare bed of soapstone rings with a geometry of 7 mm x 7 mm x 4 mm (outer diameter x length x inner diameter).
영역 B: 100 cmZone B: 100 cm
5 mm x 3 mm x 2 mm(외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 동석 고리 30 중량%와 첫 번째 반응 단계를 위해 제조된 환상의 지지되지 않은 촉매 70 중량%의 균질 혼합물로 된 촉매 충진물.Catalyst fill consisting of a homogeneous mixture of 30% by weight of a soapstone ring having a geometry of 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter) and 70% by weight of an annular unsupported catalyst prepared for the first reaction step.
영역 C: 170 cmZone C: 170 cm
첫 번째 반응 단계를 위해 제조된 환상의 (약 5 mm x 3 mm x 2 mm = 외경 x 길이 x 내경) 지지되지 않은 촉매로 된 촉매 충진물.Catalyst fill with an unsupported catalyst prepared for the first reaction stage (about 5 mm x 3 mm x 2 mm = outer diameter x length x inner diameter).
열 관(thermal tube)(그 수는 10이었고, 이는 상기 관 다발의 중심 영역에 균일하게 분포되었음)을 다음과 같이 배열 및 충진하였다: (이들은 고온점 온도를 결정하기 위해 사용되었으며; 이는 10 개의 열 관에서 독립적인 측정의 산술 평균임)Thermal tubes (the number was 10, which was evenly distributed in the central region of the bundle) were arranged and filled as follows: (These were used to determine hot spot temperature; Arithmetic mean of independent measurements in the heat pipe)
10 개의 열 관 각각은 40 개의 온도 측정 지점을 갖는 중앙의 열우물(thermowell)을 가졌다 (즉, 각 열 관은 상이한 길이로 열우물 내로 합쳐진 40 개의 열요소를 포함하였고, 따라서 상이한 높이에서 열 관 내에서 온도가 동시에 측정될 수 있는 다중-열요소를 형성하였다).Each of the ten heat tubes had a central thermowell with 40 temperature measurement points (ie, each heat tube contained 40 heat elements that were merged into the heat wells at different lengths, and thus at different heights) Formed a multi-thermal element within which temperature can be measured simultaneously).
각 경우 40 개의 온도 측정 지점 중 적어도 13 내지 많아야 30 개가 상기 고정된 촉매 베드의 활성 부분의 처음 1 미터 영역 내에 있었다 (반응 기체 혼합물의 유동 방향에서).In each case at least 13 to at least 30 of the 40 temperature measuring points were in the first 1 meter region of the active part of the fixed catalyst bed (in the flow direction of the reaction gas mixture).
열 관의 내경은 27 mm였다. 벽 두께 및 관 재료는 작업 관에서와 같았다. The inner diameter of the heat tube was 27 mm. Wall thickness and tube material were the same as in the working tube.
열우물의 외경은 4 mm였다. The outer diameter of the heat well was 4 mm.
열 관을 다음과 같이 충진하였다.The heat tube was filled as follows.
제조된 환상의 지지되지 않은 촉매로 열 관을 충진하였다. 추가로, 환상의 지지되지 않은 상기 촉매로부터 생성되고 0.5 내지 5 mm의 가장 긴 치수를 갖는 촉매 조각을 상기 열 관 내에 충진하였다.The heat tube was filled with the annular unsupported catalyst prepared. In addition, a piece of catalyst produced from the annular unsupported catalyst and having the longest dimension of 0.5 to 5 mm was filled in the heat tube.
상기 촉매 조각은, 반응 기체 혼합물이 열 관을 통과할 때 상기 혼합물의 압력 강하가 상기 반응 기체 혼합물이 작업 관을 통과할 때의 압력 강하에 해당하도록 하는 방식으로 (이를 위하여, 고정된 촉매 베드의 활성 부분을 기준으로 (즉, 비활성 부분을 제외) 5 내지 20 중량%의 촉매 조각이 상기 열 관에 필요하다), 특정 열 관의 고정된 촉매 베드의 전체 활성 부분에 걸쳐 균일한 분포로 충진되었다. 동시에, 상기 작업 및 열 관의 활성 및 비활성 부분의 특정 총 충진 높이는 동일하였고, 관에 존재하는 활성 조성물의 총량 대 작업 및 열 관에서 관의 열 교환 표면적의 비는 실질적으로 동일한 값으로 조정되었다. The piece of catalyst is formed in such a way that the pressure drop of the mixture when the reaction gas mixture passes through the heat tube corresponds to the pressure drop when the reaction gas mixture passes through the working tube (for this reason, 5 to 20% by weight of catalyst pieces, based on the active part (ie, excluding the inactive part) are required for the heat tube), and are filled in a uniform distribution over the entire active part of the fixed catalyst bed of the specific heat tube. . At the same time, the specific total fill height of the active and inactive portions of the working and heat tubes was the same, and the ratio of the total amount of active composition present in the tubes to the heat exchange surface area of the tubes in the working and heat tubes was adjusted to substantially the same value.
II. 중간 냉각의 명세II. Specification of medium refrigeration
염 용융물 출구 온도에 상응하는 온도로 상기 첫 번째 반응 단계에서 나온 생성물 반응 혼합물을, 중간 냉각을 위해, 60 중량%의 질산 칼륨과 40 중량%의 아질산 나트륨으로 구성된 염 용융물로 냉각되는 페라이트 스틸로 만들어지고 상기 반응기 내로 직접 이어진 제 1-영역 관 다발 열 교환기로 통과시켰다. 상기 냉각기의 상부 관 플레이트로부터 반응기의 하부 관 플레이트까지의 거리는 10 cm이었다. 열 교환기에 걸쳐서 볼 때 상기 염 용융물과 생성물 기체 혼합물은 반대 흐름으로 통과하였다. 염욕 자체는 첫 번째 단계의 1-영역 다수 촉매 관 고정된 베드 반응기에서와 동일한 방식으로, 생성물 기체 혼합물이 통과하는 냉각 관 주위를 굽이치는 방식으로 유동하였다. 냉각 관의 길이는 1.65 m였고, 그 내경은 2.6 cm였으며, 그 벽 두께는 2.5 mm였다. 냉각 관의 수는 8000 개였다. 열 교환기의 직경은 7.2 m였다. The product reaction mixture from the first reaction step is made of ferrite steel cooled with a salt melt consisting of 60 wt% potassium nitrate and 40 wt% sodium nitrite for intermediate cooling at a temperature corresponding to the salt melt outlet temperature. It was passed through a first-zone tube bundle heat exchanger which was then passed directly into the reactor. The distance from the upper tube plate of the cooler to the lower tube plate of the reactor was 10 cm. The salt melt and product gas mixture passed in the opposite flow as seen across the heat exchanger. The salt bath itself flowed in a bend around the cooling tube through which the product gas mixture passed, in the same manner as in the first-stage multi-catalyst tube fixed bed reactor. The length of the cooling tube was 1.65 m, its inner diameter was 2.6 cm and its wall thickness was 2.5 mm. The number of cooling tubes was 8000. The diameter of the heat exchanger was 7.2 m.
이들은 균일한 관 피치를 가지고 단면적에 걸쳐 균일하게 분포되었다. They have a uniform tube pitch and are evenly distributed over the cross-sectional area.
냉각 관의 입구 내로 (유동 방향에서), 그 단면이 상기 냉각 관의 것과 실제적으로 상응하는 스텐레스 스틸제 나선이 도입되었다. 그 길이는 700 mm 내지 1000 mm였다 (그렇지 않으면, 상기 냉각 관은 커다란 비활성 물질 고리로 채워질 수도 있다). 이들은 열 전달을 향상시키는 작용을 하였다. Into the inlet of the cooling tube (in the flow direction), a stainless steel spiral was introduced whose cross section substantially corresponded to that of the cooling tube. The length was from 700 mm to 1000 mm (otherwise the cooling tube may be filled with a large ring of inert material). They acted to improve heat transfer.
상기 생성물 기체 혼합물은 상기 중간 냉각기를 250℃의 온도에서 떠났다. 이어서, 140℃의 온도를 갖는 압축된 공기가 약 6700 m3 (STP)/l?h의 양으로 그것과 혼합되어, 두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체 혼합물의 이하에 기재된 조성이 수득되도록 하였다. The product gas mixture left the intermediate cooler at a temperature of 250 ° C. Subsequently, compressed air having a temperature of 140 ° C. was mixed with it in an amount of about 6700 m 3 (STP) / l · h, so that the composition described below of the filling gas mixture for the second reaction step was obtained.
수득되는 충진 기체 혼합물(출발 반응 기체 혼합물 2)는 220℃의 온도에서 두 번째 반응 단계의 1-영역 다수 촉매 관 고정된 베드 반응기로 공급되었다. The resulting packed gas mixture (starting reaction gas mixture 2) was fed to a one-zone multi catalyst tube fixed bed reactor of the second reaction stage at a temperature of 220 ° C.
III. 두 번째 반응 단계에서 일반적 공정 조건의 명세III. Specification of general process conditions in the second reaction step
상기 첫 번째 단계의 것과 동일한 디자인을 갖는 1-영역 다수 촉매 관 고정된 베드 반응기가 사용되었다. A one-zone multiple catalyst tube fixed bed reactor was used with the same design as that of the first step above.
충진 기체 혼합물(출발 반응 기체 혼합물 2)의 조성은 수행 시간의 경과에 따라 다음의 조성 윤곽 내에 있을 수 있다:The composition of the packed gas mixture (starting reaction gas mixture 2) may be within the following composition contours over time:
4 내지 6 부피%의 아크롤레인,4-6% by volume of acrolein,
5 내지 8 부피%의 O2,5 to 8% by volume of O 2 ,
1.2 내지 2.5 부피%의 COx,1.2 to 2.5 vol% CO x ,
6 내지 10 부피%의 H2O 및6 to 10 volume percent H 2 O and
75 부피% 이상의 N2.At least 75 vol% N 2 .
반응기 충진물: 염 용융물 및 충진 기체 혼합물을 반응기에 걸쳐서 볼 때 반대 흐름으로 통과시켰다. 염 용융물은 바닥으로부터, 충진 기체 혼합물은 상단으로부터 들어갔다. Reactor Fill: The salt melt and fill gas mixture was passed through in reverse flow when viewed across the reactor. The salt melt entered from the bottom and the packed gas mixture from the top.
시작 시에 염 용융물의 입구 온도(고정된 촉매 베드 2의 컨디셔닝 완료 시)는 약 263℃였다. 염 용융물의 동반되는 출구 온도는 시작 시에 약 265℃였다. The inlet temperature (at completion of conditioning of the fixed catalyst bed 2) of the salt melt at the start was about 263 ° C. The accompanying outlet temperature of the salt melt was about 265 ° C. at the start.
펌프 출력은 6200 m3 염 용융물/h였다. The pump output was 6200 m 3 salt melt / h.
상기 출발 반응 기체 혼합물은 240℃의 온도에서 상기 반응기에 공급되었다. The starting reaction gas mixture was fed to the reactor at a temperature of 240 ° C.
고정된 촉매 베드 (2)의 아크롤레인 부하: 95 내지 110 l (STP)/l?hAcrolein load of fixed catalyst bed (2): 95 to 110 l (STP) / l? H
고정된 촉매 베드 (2)를 갖는 촉매 관 충진물(상단으로부터 바닥으로)은 다음과 같았다:The catalyst tube fill (top to bottom) with the fixed
영역 A: 7 mm x 7 mm x 4 mm(외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 동석 고리로 된 20 cm 예비 베드.Area A: A 20 cm spare bed of soapstone rings having a geometry of 7 mm x 7 mm x 4 mm (outer diameter x length x inner diameter).
영역 B: 7 mm x 3 mm x 4 mm(외경 x 길이 x 내경)의 기하학을 갖는 동석 고리 25 중량%와 두 번째 반응 단계를 위해 제조된 환상의 (약 7 mm x 3 mm x 4 mm) 피복된 촉매 75 중량%의 균질 혼합물로 된 100 cm 촉매 충진물.Area B: 25% by weight of soapstone rings having a geometry of 7 mm x 3 mm x 4 mm (outer diameter x length x inner diameter) and annular (approximately 7 mm x 3 mm x 4 mm) sheath prepared for the second reaction step Cm catalyst fill with a homogeneous mixture of 75% by weight of the prepared catalyst.
영역 C: 두 번째 반응 단계를 위해 제조된 환상의 (약 7 mm x 3 mm x 4 mm) 피복된 촉매로 된 200 cm 촉매 충진물.Zone C: 200 cm catalyst fill with annular (about 7 mm × 3 mm × 4 mm) coated catalyst prepared for the second reaction step.
열 관(그 수는 10이었고, 이는 상기 관 다발의 중심 영역에 균일하게 분포되었음)을 다음과 같이 배열 및 충진하였다: (이들은 고온점 온도를 결정하기 위해 사용되었으며; 이는 10 개의 열 관에서 독립적인 측정의 산술 평균임)The heat tubes (the number was 10, which was evenly distributed in the central region of the tube bundle) were arranged and filled as follows: (These were used to determine the hot spot temperature; this was independent of the 10 heat tubes. Arithmetic mean of phosphorus measurements)
10 개의 열 관 각각은 40 개의 온도 측정 지점을 갖는 중앙의 열우물(thermowell)을 가졌다 (즉, 각 열 관은 상이한 길이로 열우물 내로 합쳐진 40 개의 열요소를 포함하였고, 따라서 상이한 높이에서 열 관 내에서 온도가 동시에 측정될 수 있는 다중-열요소를 형성하였다).Each of the ten heat tubes had a central thermowell with 40 temperature measurement points (ie, each heat tube contained 40 heat elements that were merged into the heat wells at different lengths, and thus at different heights) Formed a multi-thermal element within which temperature can be measured simultaneously).
각 경우 40 개의 온도 측정 지점 중 적어도 13 내지 많아야 30 개가 상기 고정된 촉매 베드의 활성 부분의 처음 1 미터 영역 내에 있었다 (반응 기체 혼합물의 유동 방향에서).In each case at least 13 to at least 30 of the 40 temperature measuring points were in the first 1 meter region of the active part of the fixed catalyst bed (in the flow direction of the reaction gas mixture).
열 관의 내경은 27 mm였다. 벽 두께 및 관 재료는 작업 관에서와 같았다. The inner diameter of the heat tube was 27 mm. Wall thickness and tube material were the same as in the working tube.
열우물의 외경은 4 mm였다. The outer diameter of the heat well was 4 mm.
열 관을 다음과 같이 충진하였다.The heat tube was filled as follows.
제조된 환상의 피복된 촉매로 열 관을 충진하였다. 추가로, 구형의 피복된 촉매(상기 환상의 피복된 촉매와 동일한 활성 조성물, 스테아타이트 C220(세람텍) 지지 구의 직경은 2-3 mm였다; 활성 조성물 분량은 20 중량%였고, 제법은 결합재가 적량의 물인 것 외에는 상기 환상의 지지되지 않은 촉매에 대하여 기재된 것과 같았다)를 상기 열 관 내에 충진하였다.The heat tube was filled with the annular coated catalyst prepared. In addition, the spherical coated catalyst (the same active composition as the cyclic coated catalyst, the diameter of the steatite C220 (ceramtech) support sphere was 2-3 mm in diameter; the active composition amount was 20% by weight, Filled into the heat tube was the same as described for the cyclic unsupported catalyst except that it was an appropriate amount of water.
상기 구형의 피복된 촉매는, 반응 기체 혼합물이 열 관을 통과할 때 상기 혼합물의 압력 강하가 상기 반응 기체 혼합물이 작업 관을 통과할 때의 압력 강하에 해당하도록 하는 방식으로 (이를 위하여, 고정된 촉매 베드의 활성 부분을 기준으로 (즉, 비활성 부분을 제외) 5 내지 20 중량%의 촉매 조각이 상기 열 관에 필요하다), 특정 열 관의 고정된 촉매 베드의 전체 활성 부분에 걸쳐 균일한 분포로 충진되었다. 동시에, 상기 작업 및 열 관의 활성 및 비활성 부분의 특정 총 충진 높이는 동일하였고, 관에 존재하는 활성 조성물의 총량 대 작업 또는 열 관에서 관의 열 교환 표면적의 비는 실질적으로 동일한 값으로 조정되었다. The spherical coated catalyst is fixed in such a way that the pressure drop of the mixture when the reaction gas mixture passes through the heat tube corresponds to the pressure drop when the reaction gas mixture passes through the working tube. 5 to 20% by weight of catalyst pieces are required for the heat tubes based on the active part of the catalyst bed (ie excluding the inactive part), uniform distribution over the entire active part of the fixed catalyst bed of the specific heat tube Filled with At the same time, the specific total fill height of the active and inactive portions of the working and heat tubes was the same, and the ratio of the total amount of active composition present in the tubes to the heat exchange surface area of the tubes in the working or heat tubes was adjusted to substantially the same value.
III. 장기 수행 (결과)III. Long-term performance (results)
상기 반응 기체 혼합물 (1)이 상기 고정된 촉매 베드 (1)을 1회 통과 시 변환되는 프로펜에 대한 목표 변환율은 97.5 몰%로 조정되었다. The target conversion rate for the propene converted when the
염 용융물의 상기 첫 번째 단계 반응기로의 진입 온도의 연속적인 증가는 상기 공정이 연속적으로 수행될 때 상기 변환율 값이 시간 경과에 따라 유지되는 것을 가능하게 한다. The continuous increase in the temperature of entry of the salt melt into the first stage reactor enables the conversion value to be maintained over time when the process is carried out continuously.
상기 반응 기체 혼합물 (2)가 상기 고정된 촉매 베드 (2)를 1회 통과 시 변환되는 아크롤레인에 대한 목표 변환율은 99.3 몰%로 조정되었다. The target conversion rate for acrolein, which is converted when the
염 용융물의 상기 두 번째 단계 반응기로의 입구 온도의 연속적인 증가는 상기 공정이 연속적으로 수행될 때 상기 변환율 값이 시간 경과에 따라 유지되는 것을 가능하게 한다.The continuous increase in inlet temperature of the salt melt into the second stage reactor allows the conversion value to be maintained over time when the process is carried out continuously.
1 개월 당 1회, 부분 산화를 중지하고(매월 중지까지의 두 번째 단계 반응기에서 염 용융물의 입구 온도는 항상 0.3℃ 이상 및 4℃ 이하 증가되었다; 첫 번째 단계 반응기의 경우, 1 개월 당 요구되는 값의 증가는 0.5℃ 이상이었다), 특정 반응 단계에서 및 중간 냉각기에서 마지막 사용되었던 염 용융물의 입구 온도를 유지하고, 6 부피%의 O2 및 95 부피%의 N2로 이루어진 기체 혼합물 G를 24 시간 내지 48 시간의 기간 tG 동안 30 l (STP)/l?h의 고정된 촉매 베드 (1) 상의 시간 당 공간 속도로 전체 반응기 시스템을 통해 통과시켰다. Once per month, partial oxidation was stopped (in the second stage reactors up to monthly shutdown, the inlet temperature of the salt melt always increased above 0.3 ° C. and below 4 ° C .; for the first stage reactors, the required per month The increase in value was at least 0.5 ° C.), maintaining the inlet temperature of the salt melt that was last used in the particular reaction stage and in the intermediate cooler, and maintaining a gas mixture G consisting of 6% by volume of O 2 and 95% by volume of N 2 . Passed through the entire reactor system at an hourly space velocity on a fixed
다음, 부분 산화를 계속하고, 특정 반응 단계로 들어가는 상기 염 용융물의 입구 온도를, 특정 반응 단계의 목표 변환율이 여전히 수득되도록 하는 방식으로 조절하였다. Partial oxidation was then continued and the inlet temperature of the salt melt entering the particular reaction stage was adjusted in such a way that the target conversion of the particular reaction stage was still obtained.
염 용융물의 입구 온도 및 고온점 온도, 및 또한 첫 번째 반응 단계에서 아크롤레인 형성 및 아크릴산 부-생성의 선택성 SAC + AA 및 두 번째 반응 단계에서 아크릴산 형성의 선택성 SAA는 (각 경우 변환된 프로펜을 기준으로) 다음과 같이 전개되었다:Inlet temperature and hot spot temperature of the salt melt, and also selectivity of acrolein formation and acrylic acid sub-generation in the first reaction step S AC + AA and selectivity S AA of acrylic acid formation in the second reaction step (in each case converted propene Based on):
첫 번째 반응 단계:First reaction step:
시작: 염 용융물 입구 온도 = 316℃Start: Salt melt inlet temperature = 316 ° C
고온점 온도 = 366℃ Hot Spot Temperature = 366 ℃
SAC + AA = 94.5 몰%S AC + AA = 94.5 mol%
1 년의 작업 시간 후: 염 용융물 입구 온도 = 319℃After one year of working time: salt melt inlet temperature = 319 ° C
고온점 온도 = 370℃ Hot Spot Temperature = 370 ℃
SAC + AA = 94.8 몰%S AC + AA = 94.8 mol%
2 년의 작업 시간 후: 염 용융물 입구 온도 = 324℃After two years of working time: salt melt inlet temperature = 324 ° C
고온점 온도 = 371℃ Hot Spot Temperature = 371 ℃
SAC + AA = 95.1 몰%S AC + AA = 95.1 mol%
3 년의 작업 시간 후: 염 용융물 입구 온도 = 330℃After 3 years of working time: salt melt inlet temperature = 330 ° C
고온점 온도 = 376℃ Hot Spot Temperature = 376 ℃
SAC + AA = 95.4 몰%S AC + AA = 95.4 mol%
두 번째 반응 단계:Second reaction step:
시작: 염 용융물 입구 온도 = 263℃Start: Salt melt inlet temperature = 263 ° C
고온점 온도 = 290℃ Hot Spot Temperature = 290 ° C
SAA = 89.2 몰%S AA = 89.2 mol%
1 년의 작업 시간 후: 염 용융물 입구 온도 = 268℃After 1 year of working time: Salt melt inlet temperature = 268 ° C
고온점 온도 = 292℃ Hot Point Temperature = 292 ° C
SAA = 89.4 몰%S AA = 89.4 mol%
2 년의 작업 시간 후: 염 용융물 입구 온도 = 274℃After two years of working time: salt melt inlet temperature = 274 ° C
고온점 온도 = 297℃ Hot Spot Temperature = 297 ° C
SAA = 89.7 몰%S AA = 89.7 mol%
3 년의 작업 시간 후: 염 용융물 입구 온도 = 278℃After 3 years of working time: salt melt inlet temperature = 278 ° C
고온점 온도 = 300℃ Hot Spot Temperature = 300 ℃
SAA = 90.2 몰%S AA = 90.2 mol%
온도 데이터(시작과는 별도로)는 모든 경우에, 부분 산화의 중지 및 상기 고정된 촉매 베드를 기체 혼합물 G로 처리하기 직전인 각 경우의 시간과 관계된다.The temperature data (independent of the start) are in all cases relevant to the stop of partial oxidation and the time in each case just before treating the fixed catalyst bed with gas mixture G.
3 년의 수행 시간 내에, 고정된 촉매 베드 (2)의 고온점 온도의 위치는 충진 기체 혼합물의 입구 지점의 방향으로 약 25 cm 만큼 이동하였다.Within a three year run time, the location of the hot spot temperature of the fixed
다음 조성을 갖는 첫 번째 반응 단계를 위한 출발 반응 기체 혼합물 (1)을 가지고 상응하는 방식으로 실시예를 수행할 수도 있다:The examples may also be carried out in a corresponding manner with the starting reaction gas mixture (1) for the first reaction stage having the following composition:
6.0 부피%의 프로펜,6.0% by volume propene,
60 부피%의 공기 및60% by volume of air and
34 부피%의 H2O.34 vol.% H 2 O.
별법으로, 상기 첫 번째 반응 단계를 위해 사용되는 출발 반응 기체 혼합물 (1)은 또한 EP-A 990 636의 실시예 1, 또는 EP-A 960 636의 실시예 2, 또는 EP-A 1 106 598의 실시예 3, 또는 EP-A 1 106 598의 실시예 26, 또는 EP-A 1 106 598의 실시예 53에 따르는 조성의 것일 수도 있다. O2:C3H4O 0.5 이상 1.5 이하가 두 번째 반응 단계를 위한 충진 기체(출발 반응 기체 혼합물 2)에서 만족되는 정도로만 제2의 공기 공급이 존재한다.Alternatively, the starting reaction gas mixture (1) used for the first reaction step can also be used in Example 1 of EP-A 990 636, or Example 2 of EP-A 960 636, or EP-
2003년 10월 31일자 출원된 미국 특허 임시 출원번호 제 60/515,659 호가 본 출원에 참고문헌으로 도입된다. US Provisional Application No. 60 / 515,659, filed October 31, 2003, is incorporated herein by reference.
상기 언급된 내용을 참고하여, 본 발명으로부터 다수의 변화 및 편차가 가능 하다. 따라서 첨부된 청구항의 범위 내에서 본 발명은 여기에 구체적으로 기재된 방식과는 상이하게 수행될 수 있는 것으로 생각될 수 있다. With reference to the above, many variations and deviations are possible from the present invention. It is, therefore, to be understood that within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than as specifically described herein.
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